Thermodynamica
Reversibele Carnotcyclus — entropie
Een omkeerbare Carnotcyclus wisselt entropie uit met reservoirs — netto ΔS_univ ≈ 0.
Reversibele Carnotcyclus — entropie — interactieve Thermodynamica-simulatie. Een omkeerbare Carnotcyclus wisselt entropie uit met reservoirs — netto ΔS_univ ≈ 0. Gratis virtueel natuurkundelab in de browser met live SI-metingen en een begeleide rondleiding.
Reversibele entropie
Een omkeerbare Carnot-cyclus wisselt entropie uit met reservoirs — netto ΔS_univ ≈ 0.
Bij een volledig omkeerbare cyclus keert de entropie van het systeem terug naar zijn beginwaarde, terwijl het hete reservoir entropie Q_h/T_h verliest en het koude reservoir Q_c/T_c met even grote grootte opneemt. De totale entropieverandering van het universum is nul — wat maximaal rendement definieert.
- ΔS_univ = 0 (omkeerbaar)
- Entropie-uitwisseling
Onderzoeksnota
Plan de vraag voordat je het lab opent
De samenvatting spiegelt de voorgerenderde pagina: leidende vraag, concurrerende voorspellingen, rollen van variabelen, bepalende wetten, opstelling, analyse- en verdiepingsvragen blijven zichtbaar en in deze volgorde.
Leidende vraag
Een Carnotmachine wisselt tijdens één etappe warmte uit met een heet reservoir en tijdens een andere met een koud reservoir. Compenseert het entropieverlies van het hete reservoir de entropiewinst van het koude reservoir exact?
Voorspellingen om te wegen
- De entropieveranderingen van de reservoirs heffen elkaar niet op; er is in totaal een entropieverandering ongelijk aan nul.
- Ja — bij een omkeerbare (Carnot-)cyclus heffen de entropieveranderingen van de twee reservoirs elkaar exact op, wat nul netto entropieproductie geeft.
- De entropieveranderingen van de reservoirs hangen niet samen met de warmte die met het gas wordt uitgewisseld.
Rollen van variabelen
Wat je instelt:
- Etappenummer
Wat je meet:
- Uitgewisselde warmte deze etappe Q (J)
- Entropiebijdrage ΔS = Q/T (J/K)
Hoe het onderzoek verloopt
- Open de voorinstelling entropy-carnot en druk op Herstel. Dezelfde 4-etappe Carnotcyclus als carnot-cycle loopt tussen reservoirs van 600 K en 300 K.
- Zet de aflezing van de warmte per etappe aan.
- Lees voor elke etappe van de cyclus (1 tot en met 4) de uitgewisselde warmte af en bereken de entropiebijdrage van die etappe Q_leg/T_leg.
Leidende vergelijking
Entropiebalans van reservoirs — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th
De entropie van elk reservoir verandert met −Q/T voor warmte die het afstaat (of +Q/T voor warmte die het opneemt) bij zijn eigen vaste temperatuur. Bij een omkeerbare cyclus zoals die van Carnot heffen de entropieveranderingen van het hete en koude reservoir elkaar exact op: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.
Wat het uitprintbare werkblad leerlingen laat uitwerken
- Controleer dat etappe 2 en 4 (adiabatisch) nul entropie bijdragen, want voor die etappes is per definitie Q = 0. Tel de bijdragen ongelijk aan nul van etappe 1 (bij Th = 600 K) en 3 (bij Tc = 300 K) bij elkaar op.
- De warmte die het gas tijdens etappe 1 opneemt wordt warmte die het hete reservoir afstaat; de warmte die het gas tijdens etappe 3 afstaat wordt warmte die het koude reservoir opneemt. Leg uit waarom de gecombineerde entropieverandering van de reservoirs over de volledige cyclus op nul uitkomt.
Waar dit buiten het lab opduikt
- Een echte machine heeft wrijving en warmteoverdracht met eindige snelheid, beide onomkeerbaar. Leg uit waarom de entropieveranderingen van de reservoirs bij een echte cyclus NIET exact zouden opheffen, wat een positieve netto entropieproductie geeft — en waarom de tweede hoofdwet vereist dat die nettoproductie ≥ 0 is.
- De nul netto entropieproductie van de Carnotcyclus is waarom hij 'omkeerbaar' heet — je zou elke etappe achteruit kunnen draaien en alles ongedaan maken, inclusief de toestanden van de reservoirs. Leg uit waarom een proces met positieve netto entropieproductie (zoals wrijving) niet op die manier ongedaan kan worden gemaakt.
- 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
- Welkom bij Entropie, Carnot
- Selecteer het vat
- Druk op Start
- Entropie in een omkeerbare cyclus
- Open het eigenschappenpaneel
- Gelukt!
Open de interactieve simulatie om de scène te bouwen, druk op Start en verken met live metingen en een begeleide rondleiding.