Entropibalanse over en Carnot-syklus

1 · Prediker

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?

• 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.

2 · Oppsett

1. 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.
2. Aktiver per-trinn varmeavlesningen.
3. For hvert trinn i syklusen (1 til 4), avles den utvekslede varmen og beregn trinnets entropibidrag Q_leg/T_leg.

3 · Samle inn data

Summer de 4 trinnenes entropibidrag. Plott hvert trinns bidrag som et søylediagram, med trinn 2 og 4 (adiabatiske, Q = 0) som viser null.

4 · Analyser

1. 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).
2. 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.

5 · Utvid

1. 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.
2. 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.

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark