Termodynamika
Vratný Carnotov cyklus — entropia
Vratný Carnotov cyklus vymieňa entropiu so zásobníkmi — čistá ΔS_univ ≈ 0.
Vratný Carnotov cyklus — entropia — interaktívna simulácia Termodynamika. Vratný Carnotov cyklus vymieňa entropiu so zásobníkmi — čistá ΔS_univ ≈ 0. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.
Vratná entropia
Vratný Carnotov cyklus vymieňa entropiu so zásobníkmi — čistá ΔS_univ ≈ 0.
Pre úplný vratný cyklus sa entropia sústavy vráti na počiatočnú hodnotu, kým teplý zásobník stráca entropiu Q_h/T_h a studený zásobník získava Q_c/T_c s rovnakou veľkosťou. Celková zmena entropie vesmíru je nula — to definuje maximálnu účinnosť.
- ΔS_univ = 0 (vratne)
- Výmena entropie
Prehľad skúmania
Naplánuj otázku ešte pred otvorením laboratória
Stručný opis zrkadlí predrenderovanú stránku: hlavná otázka, súťažiace predikcie, úlohy premenných, riadiace zákony, postavenie, analýza a rozširujúce podnety zostávajú viditeľné a v tomto poradí.
Hlavná otázka
Carnotov motor vymieňa teplo s teplým zásobníkom počas jedného úseku a so studeným počas iného. Presne sa vyruší strata entropie teplého zásobníka so ziskom entropie studeného zásobníka?
Predikcie na zváženie
- Zmeny entropie zásobníkov sa nevyrušia; existuje nenulová čistá zmena entropie celkovo.
- Áno — pre vratný (Carnotov) cyklus sa zmeny entropie dvoch zásobníkov presne vyrušia, dávajúc nulové čisté generovanie entropie.
- Zmeny entropie zásobníkov nesúvisia s teplom vymieňaným s plynom.
Úlohy premenných
Čo nastavuješ:
- Číslo úseku
Čo meriaš:
- Vymieňané teplo v tomto úseku Q (J)
- Príspevok entropie ΔS = Q/T (J/K)
Ako skúmanie prebieha
- Otvor predvolbu Carnotova entropia a stlač Resetovať. Ten istý 4-úsekový Carnotov cyklus ako v Carnotovom cykle beží medzi zásobníkmi 600 K a 300 K.
- Zapni odčítanie tepla na úsek.
- Pre každý úsek cyklu (1 až 4) odčítaj vymieňané teplo a vypočítaj príspevok entropie toho úseku Q_leg/T_leg.
Riadiaca rovnica
Bilancia entropie zásobníkov — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th
Entropia každého zásobníka sa mení o −Q/T pre teplo, ktoré uvoľní (alebo +Q/T pre teplo, ktoré absorbuje), pri jeho vlastnej pevnej teplote. Pre vratný cyklus ako Carnotov sa zmeny entropie teplého a studeného zásobníka presne vyrušia: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.
Čo má študentov naučiť tlačiteľný list
- Potvrď, že úseky 2 a 4 (adiabatické) prispievajú nulovou entropiou, pretože Q = 0 pre tie úseky z definície. Spočítaj nenulové príspevky z úsekov 1 (pri Th = 600 K) a 3 (pri Tc = 300 K).
- Teplo absorbované plynom počas úseku 1 sa stane teplom uvoľneným teplým zásobníkom; teplo uvoľnené plynom počas úseku 3 sa stane teplom absorbovaným studeným zásobníkom. Vysvetli, prečo kombinovaná zmena entropie zásobníkov cez celý cyklus vyjde na nulu.
Kde sa to objavuje mimo laboratória
- Skutočný motor má trenie a prenos tepla konečnou rýchlosťou, obe nevratné. Vysvetli, prečo zmeny entropie zásobníkov skutočného cyklu by sa NEvyrušili presne, dávajúc kladné čisté generovanie entropie — a prečo druhý zákon vyžaduje, aby čisté generovanie bolo ≥ 0.
- Nulové čisté generovanie entropie Carnotovho cyklu je dôvod, prečo sa volá „vratný“ — mohol by si každý úsek bežať dozadu a vrátiť všetko, vrátane stavov zásobníkov. Vysvetli, prečo proces s kladným čistým generovaním entropie (ako trenie) nemožno takto vrátiť.
- 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
- Vitaj pri Carnotovej entropii
- Vyber komoru
- Stlač Prehrať
- Entropia vo vratnom cykle
- Otvor panel Vlastnosti
- Zvládol si to!
Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.
Otvoriť interaktívne laboratórium →