Entropibalans över en Carnotcykel

1 · Förutsäg

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?

• 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.

2 · Uppbyggnad

1. Öppna förinställningen Entropi i Carnotcykeln och tryck på Återställ. Samma 4-etappers Carnotcykel som i carnot-cycle körs mellan 600 K och 300 K.
2. Aktivera avläsningen av värme per etapp.
3. Läs för varje etapp av cykeln (1 till och med 4) av den utbytta värmen och beräkna etappens entropibidrag Q_leg/T_leg.

3 · Samla data

Summera dina 4 etappers entropibidrag. Rita varje etapps bidrag som ett stapeldiagram, med etapp 2 och 4 (adiabatiska, Q = 0) visande noll.

4 · Analysera

1. 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).
2. 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.

5 · Utvidga

1. 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.
2. 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.

Fysiken bakom det här experimentet

← Tillbaka till experimentet

138 gratis utskrivbara labblad i fysik