Balanța entropiei pe un ciclu Carnot

1 · Prezice

Un motor Carnot face schimb de căldură cu un rezervor cald într-o etapă și cu un rezervor rece în alta. Anulează exact pierderea de entropie a rezervorului cald câștigul de entropie al rezervorului rece?

• Variațiile de entropie ale rezervoarelor nu se anulează; există o variație netă de entropie nenulă în total.
• Da — pentru un ciclu reversibil (Carnot), variațiile de entropie ale celor două rezervoare se anulează exact, dând zero generație netă de entropie.
• Variațiile de entropie ale rezervoarelor nu sunt legate de căldura schimbată cu gazul.

2 · Montaj

1. Deschide presetarea entropy-carnot și apasă Resetează. Același ciclu Carnot în 4 etape ca la carnot-cycle rulează între rezervoare de 600 K și 300 K.
2. Activează citirea căldurii per etapă.
3. Pentru fiecare etapă a ciclului (1 până la 4), citește căldura schimbată și calculează contribuția de entropie a etapei Q_leg/T_leg.

3 · Colectează date

Sumă contribuțiile de entropie ale celor 4 etape. Plotează contribuția fiecărei etape ca grafic cu bare, cu etapele 2 și 4 (adiabatice, Q = 0) arătând zero.

4 · Analizează

1. Confirmă faptul că etapele 2 și 4 (adiabatice) contribuie cu entropie zero, pentru că Q = 0 pentru acele etape prin definiție. Sumă contribuțiile nenule ale etapelor 1 (la Th = 600 K) și 3 (la Tc = 300 K).
2. Căldura absorbită de gaz în etapa 1 devine căldură eliberată de rezervorul cald; căldura eliberată de gaz în etapa 3 devine căldură absorbită de rezervorul rece. Explică de ce variația combinată de entropie a rezervoarelor pe ciclul complet iese zero.

5 · Extinde

1. Un motor real are frecare și transfer termic cu viteză finită, ambele ireversibile. Explică de ce variațiile de entropie ale rezervoarelor unui ciclu real NU s-ar anula exact, dând o generație netă de entropie pozitivă — și de ce a doua lege cere ca generația netă să fie ≥ 0.
2. Generația netă de entropie zero a ciclului Carnot este motivul pentru care e numit „reversibil” — ai putea rula fiecare etapă invers și anula totul, inclusiv stările rezervoarelor. Explică de ce un proces cu generație netă de entropie pozitivă (ca frecarea) nu poate fi anulat așa.

Fizica din spatele acestui experiment

← Înapoi la experiment

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit