Termodynamika
Odwracalny cykl Carnota — entropia
Odwracalny cykl Carnota wymienia entropię ze zbiornikami — wypadkowe ΔS_univ ≈ 0.
Odwracalny cykl Carnota — entropia — interaktywna symulacja: Termodynamika. Odwracalny cykl Carnota wymienia entropię ze zbiornikami — wypadkowe ΔS_univ ≈ 0. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Entropia odwracalna
Odwracalny cykl Carnota wymienia entropię ze zbiornikami — wypadkowe ΔS_univ ≈ 0.
Dla pełnego cyklu odwracalnego entropia układu wraca do wartości startowej, a zbiornik gorący traci entropię Q_h/T_h i zimny zyskuje Q_c/T_c o tej samej wartości. Całkowita zmiana entropii wszechświata jest zerowa — to definiuje maksymalną sprawność.
- ΔS_univ = 0 (odwracalny)
- Wymiana entropii
Krótki opis badania
Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię
Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.
Pytanie badawcze
Silnik Carnota wymienia ciepło ze zbiornikiem gorącym w jednym odcinku i zimnym w innym. Czy strata entropii zbiornika gorącego dokładnie znosi zysk entropii zbiornika zimnego?
Prognozy do rozważenia
- Zmiany entropii zbiorników się nie znoszą; jest niezerowa zmiana entropii netto.
- Tak — dla cyklu odwracalnego (Carnota) zmiany entropii obu zbiorników dokładnie się znoszą, dając zerową generację entropii netto.
- Zmiany entropii zbiorników nie są związane z ciepłem wymienionym z gazem.
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Numer odcinka
Co mierzysz:
- Ciepło wymienione w odcinku Q (J)
- Wkład entropii ΔS = Q/T (J/K)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset entropii Carnota i naciśnij Reset. Ten sam 4-odcinkowy cykl Carnota co w carnot-cycle biegnie między zbiornikami 600 K i 300 K.
- Włącz odczyt ciepła per odcinek.
- Dla każdego odcinka cyklu (1 do 4) odczytaj wymienione ciepło i oblicz wkład entropii odcinka Q_leg/T_leg.
Równanie rządzące
Bilans entropii zbiorników — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th
Entropia każdego zbiornika zmienia się o −Q/T dla oddawanego ciepła (lub +Q/T dla pochłanianego) w jego własnej stałej temperaturze. W odwracalnym cyklu, jak Carnota, zmiany entropii zbiornika gorącego i zimnego znoszą się dokładnie: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Potwierdź, że etapy 2 i 4 (adiabatyczne) wnoszą zerową entropię: dla tych etapów Q = 0 z definicji. Zsumuj niezerowe wkłady z etapu 1 (przy Th = 600 K) i etapu 3 (przy Tc = 300 K).
- Ciepło pochłonięte przez gaz w odcinku 1 staje się ciepłem oddanym przez zbiornik gorący; ciepło oddane przez gaz w odcinku 3 staje się ciepłem pochłoniętym przez zbiornik zimny. Wyjaśnij, dlaczego łączna zmiana entropii zbiorników w pełnym cyklu wychodzi zerowa.
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Prawdziwy silnik ma tarcie i wymianę ciepła w skończonym tempie — oba nieodwracalne. Wyjaśnij, dlaczego zmiany entropii zbiorników prawdziwego cyklu NIE znosiłyby się dokładnie, dając dodatnią generację entropii netto — i dlaczego druga zasada wymaga, by ta generacja netto była ≥ 0.
- Zerowa generacja entropii netto cyklu Carnota to powód, dla którego nazywa się go „odwracalnym” — można by puścić każdy odcinek w tył i cofnąć wszystko, łącznie ze stanami zbiorników. Wyjaśnij, dlaczego procesu z dodatnią generacją entropii netto (jak tarcie) nie da się tak cofnąć.
- 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
- Witamy w entropii Carnota
- Zaznacz komorę
- Naciśnij Play
- Entropia w cyklu odwracalnym
- Otwórz panel Właściwości
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →