Termodinâmica
Ciclo de Carnot reversível — entropia
Um ciclo de Carnot reversível troca entropia com reservatórios — ΔS_univ líquido ≈ 0.
Ciclo de Carnot reversível — entropia — simulação interativa de Termodinâmica. Um ciclo de Carnot reversível troca entropia com reservatórios — ΔS_univ líquido ≈ 0. Laboratório virtual de física gratuito no navegador com medições SI ao vivo e tutorial guiado.
Entropia reversível
Um ciclo reversível de Carnot troca entropia com os depósitos: ΔS_univ líquida ≈ 0.
Em um ciclo totalmente reversível, a entropia do sistema retorna ao seu valor inicial, enquanto o reservatório quente perde entropia Q_h/T_h e o reservatório frio ganha Q_c/T_c com magnitude igual. A variação total de entropia do universo é zero — isso define a eficiência máxima.
- ΔS_univ = 0 (reversível)
- Troca de entropia
Resumo da investigação
Planeje a pergunta antes de abrir o laboratório
O resumo espelha a página pré-renderizada: a pergunta orientadora, as previsões concorrentes, os papéis das variáveis, as leis governantes, a configuração e os prompts de análise e extensão permanecem visíveis e nesta ordem.
Pergunta de direção
Uma máquina de Carnot troca calor com um reservatório quente durante uma etapa e um reservatório frio durante a outra. A perda de entropia do reservatório quente cancela exatamente o ganho de entropia do reservatório frio?
Previsões para pesar
- As mudanças de entropia dos reservatórios não são canceladas; há uma mudança geral de entropia líquida diferente de zero.
- Sim - para um ciclo reversível (Carnot), as alterações de entropia dos dois reservatórios são exatamente canceladas, resultando em geração líquida de entropia zero.
- As mudanças na entropia do reservatório não estão relacionadas ao calor trocado com o gás.
Papéis variáveis
O que você definiu:
- Número da etapa
O que você mede:
- Calor trocou esta etapa Q (J)
- Contribuição de entropia ΔS = Q/T (J/K)
Como funciona a investigação
- Abra a predefinição entropy-carnot e pressione Redefinir. O mesmo ciclo de Carnot da 4 etapa que o ciclo de carnot ocorre entre os reservatórios 600 K e 300 K.
- Ative a leitura de calor por etapa.
- Para cada etapa do ciclo (1 até 4), leia o calor trocado e calcule a contribuição de entropia dessa etapa Q_leg/T_leg.
Equação governante
Balanço de Entropia do Reservatório — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th
A entropia de cada reservatório muda em −Q/T para o calor que ele libera (ou +Q/T para o calor que absorve) em sua própria temperatura fixa. Para um ciclo reversível como o de Carnot, as mudanças de entropia dos reservatórios quentes e frios são exatamente canceladas: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.
O que a planilha para impressão pede aos alunos que resolvam
- Confirme que as etapas 2 e 4 (adiabáticas) não contribuem com entropia, já que Q = 0 nessas etapas por definição. Some as contribuições diferentes de zero das etapas 1 (em Th = 600 K) e 3 (em Tc = 300 K).
- O calor absorvido pelo gás durante a 1 etapa transforma-se em calor liberado pelo reservatório quente; o calor liberado pelo gás durante a 3 etapa torna-se calor absorvido pelo reservatório frio. Explique por que a variação combinada da entropia dos reservatórios ao longo do ciclo completo chega a zero.
Onde isso aparece além do laboratório
- Um motor real tem atrito e transferência de calor em velocidade finita, ambos irreversíveis. Explique por que as mudanças na entropia do reservatório de um ciclo real NÃO seriam canceladas exatamente, dando uma geração líquida de entropia positiva - e por que a segunda lei exige que a geração líquida seja ≥ 0.
- A geração de entropia líquida zero do ciclo de Carnot é a razão pela qual ele é chamado de “reversível” – você poderia retroceder cada etapa e desfazer tudo, incluindo os estados dos reservatórios. Explique por que um processo com geração de entropia líquida positiva (como o atrito) não pode ser desfeito dessa maneira.
- 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
- Bem-vindo à entropia de Carnot
- Selecione a câmara
- Pressione Reproduzir
- entropia num ciclo reversível
- Abra o Inspetor
- Você conseguiu!
Abra a simulação interativa para construir a cena, pressione Reproduzir e explore com medições em tempo real e um tutorial guiado.
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