Termodynamik
Reversibel Carnotcykel — entropi
En reversibel Carnotcykel utbyter entropi med reservoarer — netto ΔS_univ ≈ 0.
Reversibel Carnotcykel — entropi — interaktiv Termodynamik-simulering. En reversibel Carnotcykel utbyter entropi med reservoarer — netto ΔS_univ ≈ 0. Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.
reversibel entropi
En reversibel Carnotcykel utbyter entropi med reservoarer — netto ΔS_univ ≈ 0.
För en fullständig reversibel cykel återgår systemets entropi till sitt startvärde, medan den varma reservoaren förlorar entropin Q_h/T_h och den kalla reservoaren vinner Q_c/T_c med samma storlek. Universums totala entropiändring är noll — vilket definierar maximal verkningsgrad.
- ΔS_univ = 0 (reversibel)
- Entropiutbyte
Undersökningsblad
Planera frågan innan du öppnar labbet
Sammanfattningen speglar den förrenderade sidan: drivande fråga, konkurrerande förutsägelser, variablernas roller, styrande lagar, uppställning, analys- och utvidgningsfrågor förblir synliga och i den här ordningen.
Drivande fråga
En Carnotmotor utbyter värme med en varm reservoar under en etapp och med en kall reservoar under en annan. Upphäver den varma reservoarens entropiförlust exakt den kalla reservoarens entropivinst?
Förutsägelser att väga
- Reservoarernas entropiändringar tar inte ut varandra; det finns en nettoentropiändring skild från noll.
- Ja — för en reversibel (Carnot) cykel tar de två reservoarernas entropiändringar exakt ut varandra, vilket ger noll nettoentropi.
- Reservoarernas entropiändringar har inget att göra med värmen som utbyts med gasen.
Variablernas roller
Det du ställer in:
- Etappnummer
Det du mäter:
- Utbytt värme denna etapp Q (J)
- Entropibidrag ΔS = Q/T (J/K)
Så går undersökningen till
- Öppna förinställningen Entropi i Carnotcykeln och tryck på Återställ. Samma 4-etappers Carnotcykel som i carnot-cycle körs mellan 600 K och 300 K.
- Aktivera avläsningen av värme per etapp.
- Läs för varje etapp av cykeln (1 till och med 4) av den utbytta värmen och beräkna etappens entropibidrag Q_leg/T_leg.
Styrande ekvation
Entropibalans för reservoirer — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th
Varje reservoars entropi ändras med −Q/T för värme den avger (eller +Q/T för värme den absorberar) vid sin egen fasta temperatur. För en reversibel cykel som Carnots tar de varma och kalla reservoarernas entropiändringar exakt ut varandra: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.
Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut
- Bekräfta att etapp 2 och 4 (adiabatiska) bidrar med noll entropi, eftersom Q = 0 för dessa etapper per definition. Summera de nollskilda bidragen från etapp 1 (vid Th = 600 K) och 3 (vid Tc = 300 K).
- Värmen som gasen absorberar under etapp 1 blir värme som frigörs av den varma reservoaren; värmen som gasen avger under etapp 3 blir värme som absorberas av den kalla reservoaren. Förklara varför reservoarernas sammanlagda entropiändring över hela cykeln blir noll.
Var det här syns utanför labbet
- En verklig motor har friktion och värmeöverföring med ändlig hastighet, båda irreversibla. Förklara varför en verklig cykels reservoarentropiändringar INTE skulle ta ut varandra exakt, vilket ger en positiv nettoentropialstring — och varför andra huvudsatsen kräver att nettoalstringen är ≥ 0.
- Carnotcykelns noll nettoentropi är anledningen till att den kallas 'reversibel' — du skulle kunna köra varje etapp baklänges och göra allt ogjort, inklusive reservoarernas tillstånd. Förklara varför en process med positiv nettoentropialstring (som friktion) inte kan göras ogjord på det sättet.
- 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
- Välkommen till Carnot-entropi
- Välj kammaren
- Tryck på Spela upp
- Entropi i en reversibel cykel
- Öppna panelen Egenskaper
- Klart!
Öppna den interaktiva simuleringen för att bygga scenen, tryck på Spela och utforska med mätningar i realtid och en guidad genomgång.
Entropi & den andra huvudsatsen