Termodynamikk
Reversibel Carnot-syklus — entropi
En reversibel Carnot-syklus utveksler entropi med reservoarene — netto ΔS_univ ≈ 0.
Reversibel Carnot-syklus — entropi — interaktiv Termodynamikk-simulering. En reversibel Carnot-syklus utveksler entropi med reservoarene — netto ΔS_univ ≈ 0. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Reversibel entropi
En reversibel Carnot-syklus utveksler entropi med reservoarene — netto ΔS_univ ≈ 0.
For en full reversibel syklus går systemets entropi tilbake til startverdien, mens det varme reservoaret mister entropi Q_h/T_h og det kalde reservoaret vinner Q_c/T_c med lik størrelse. Universets totale entropiendring er null — som definerer maksimal virkningsgrad.
- ΔS_univ = 0 (reversibel)
- Entropiutveksling
Undersøkelsesgrunnlag
Planlegg spørsmålet før du åpner labben
Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.
Problemstilling
En Carnot-motor utveksler varme med et varmt reservoar under ett trinn og et kaldt reservoar under et annet. Opphever det varme reservoarets entropitap nøyaktig det kalde reservoarets entropiøkning?
Prediksjoner å veie
- Reservoarenes entropiendringer opphever ikke hverandre; det er en ikke-null netto entropiendring totalt.
- Ja — for en reversibel (Carnot) syklus opphever de to reservoarenes entropiendringer hverandre nøyaktig, og gir null netto entropiproduksjon.
- Reservoarentropiendringer er ikke relatert til varmen utvekslet med gassen.
Variabelroller
Hva du setter:
- Trinnummer
Hva du måler:
- Utvekslet varme dette trinnet Q (J)
- Entropibidrag ΔS = Q/T (J/K)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne entropi-Carnot-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Den samme 4-trinns Carnot-syklusen som i Carnot-syklusen kjøres mellom reservoarene 600 K og 300 K.
- Aktiver per-trinn varmeavlesningen.
- For hvert trinn i syklusen (1 til 4), avles den utvekslede varmen og beregn trinnets entropibidrag Q_leg/T_leg.
Styrende likning
Reservoarentropibalanse — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th
Hvert reservoars entropi endres med −Q/T for varmen det frigjør (eller +Q/T for varmen det absorberer) ved sin egen faste temperatur. For en reversibel syklus som Carnots, opphever de varme og kalde reservoarenes entropiendringer hverandre nøyaktig: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- Bekreft at trinn 2 og 4 (adiabatiske) bidrar med null entropi, siden Q = 0 for de trinnene per definisjon. Summer de ikke-null bidragene fra trinn 1 (ved Th = 600 K) og 3 (ved Tc = 300 K).
- Varmen absorbert av gassen under trinn 1 blir varmen frigjort av det varme reservoaret; varmen frigjort av gassen under trinn 3 blir varmen absorbert av det kalde reservoaret. Forklar hvorfor reservoarenes kombinerte entropiendring over hele syklusen blir null.
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- En ekte motor har friksjon og varmeoverføring med endelig hastighet, begge irreversible. Forklar hvorfor en ekte sykluses reservoarentropiendringer IKKE ville oppheve hverandre nøyaktig, og gi en positiv netto entropiproduksjon — og hvorfor andre lov krever at denne netto produksjonen er ≥ 0.
- Carnot-syklusens null netto entropiproduksjon er hvorfor den kalles «reversibel» — du kunne kjørt hvert trinn baklengs og angre alt, inkludert reservoarenes tilstander. Forklar hvorfor en prosess med positiv netto entropiproduksjon (som friksjon) ikke kan angres på denne måten.
- AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
- IB Physics — B.4 Thermodynamics
- General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
- NGSS High School Physics — Thermal energy transfer
- Velkommen til Entropi Carnot
- Velg kammeret
- Trykk Spill av
- Entropi i en reversibel syklus
- Åpne Egenskaper-panelet
- Du klarte det!
Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.