Bilancia entropie cez Carnotov cyklus

1 · Predikuj

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?

2 · Priprav

  1. 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.
  2. Zapni odčítanie tepla na úsek.
  3. Pre každý úsek cyklu (1 až 4) odčítaj vymieňané teplo a vypočítaj príspevok entropie toho úseku Q_leg/T_leg.

3 · Zbieraj údaje

Číslo úsekuVymieňané teplo v tomto úseku Q (J)Príspevok entropie ΔS = Q/T (J/K)
1
2
3
4

Spočítaj príspevky entropie svojich 4 úsekov. Zaznamenaj príspevok každého úseku ako stĺpcový graf, s úsekmi 2 a 4 (adiabatické, Q = 0) na nule.

4 · Analyzuj

  1. 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).
  2. 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.

5 · Rozšír

  1. 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.
  2. 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.

Fyzika za týmto experimentom

Bilancia entropie zásobníkov

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.

← Späť na experiment

Termodynamika

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky