อุณหพลศาสตร์
วัฏจักรคาร์โนต์แบบผันกลับได้ — เอนโทรปี
วัฏจักรคาร์โนต์ย้อนกลับได้แลกเปลี่ยนเอนโทรปีกับแหล่งกักเก็บ — ΔS_univ สุทธิ ≈ 0
วัฏจักรคาร์โนต์แบบผันกลับได้ — เอนโทรปี — การจำลองอุณหพลศาสตร์แบบโต้ตอบ วัฏจักรคาร์โนต์ย้อนกลับได้แลกเปลี่ยนเอนโทรปีกับแหล่งกักเก็บ — ΔS_univ สุทธิ ≈ 0 ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
เอนโทรปีแบบผันกลับได้
วัฏจักรคาร์โนต์แบบผันกลับได้แลกเปลี่ยนเอนโทรปีกับแหล่งเก็บความร้อน — ΔS_univ สุทธิ ≈ 0
ในวัฏจักรผันกลับได้แบบสมบูรณ์ เอนโทรปีของระบบจะกลับสู่ค่าเริ่มต้น ในขณะที่แหล่งเก็บความร้อนร้อนสูญเสียเอนโทรปี Q_h/T_h และแหล่งเก็บความร้อนเย็นได้รับ Q_c/T_c ในขนาดที่เท่ากัน การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีรวมของเอกภพเป็นศูนย์—ซึ่งกำหนดประสิทธิภาพสูงสุด
- ΔS_univ = 0 (ย้อนกลับได้)
- การแลกเปลี่ยนเอนโทรปี
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
เครื่องจักรคาร์โนต์แลกเปลี่ยนความร้อนกับแหล่งกักร้อนในหนึ่งขั้นและแหล่งกักเย็นในอีกขั้น การสูญเสียเอนโทรปีของแหล่งกักร้อนหักลบกับการได้เอนโทรปีของแหล่งกักเย็นพอดีหรือไม่
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- การเปลี่ยนเอนโทรปีของแหล่งกักไม่หักลบกัน มีการเปลี่ยนเอนโทรปีสุทธิไม่เป็นศูนย์โดยรวม
- ใช่ — สำหรับวัฏจักรย้อนกลับได้ (คาร์โนต์) การเปลี่ยนเอนโทรปีของแหล่งกักทั้งสองหักลบกันพอดี การผลิตเอนโทรปีสุทธิเป็นศูนย์
- การเปลี่ยนเอนโทรปีของแหล่งกักไม่เกี่ยวกับความร้อนที่แลกเปลี่ยนกับแก๊ส
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- ลำดับขั้น
สิ่งที่คุณวัด:
- ความร้อนแลกเปลี่ยนในขั้นนี้ Q (J)
- ส่วนอันดับเอนโทรปี ΔS = Q/T (J/K)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ entropy-carnot แล้วกดรีเซ็ต วัฏจักรคาร์โนต์ 4 ขั้นเดียวกับ carnot-cycle รันระหว่างแหล่งกัก 600 K และ 300 K
- เปิดค่าแสดงความร้อนรายขั้น
- สำหรับทุกขั้นของวัฏจักร (1 ถึง 4) อ่านความร้อนที่แลกเปลี่ยนและคำนวณส่วนช่วยเอนโทรปี Q_leg/T_leg ของขั้นนั้น
สมการควบคุม
สมดุลเอนโทรปีแหล่งเก็บความร้อน — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th
เอนโทรปีของแต่ละแหล่งเปลี่ยนไป −Q/T สำหรับความร้อนที่มันปล่อย (หรือ +Q/T สำหรับความร้อนที่มันดูดซับ) ที่อุณหภูมิคงที่ของมันเอง สำหรับวัฏจักรย้อนกลับได้อย่างคาร์โนต์ การเปลี่ยนเอนโทรปีของแหล่งร้อนกับแหล่งเย็นหักล้างกันพอดี: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- จงยืนยันว่าช่วง 2 และ 4 (อะเดียแบติก) ให้เอนโทรปีเป็นศูนย์ เพราะ Q = 0 ตามนิยามของช่วงเหล่านั้น จงรวมส่วนอันดับที่ไม่เป็นศูนย์จากช่วง 1 (ที่ Th = 600 K) และช่วง 3 (ที่ Tc = 300 K)
- ความร้อนที่แก๊สดูดในขั้น 1 กลายเป็นความร้อนที่แหล่งกักร้อนปล่อย ความร้อนที่แก๊สปล่อยในขั้น 3 กลายเป็นความร้อนที่แหล่งกักเย็นดูด อธิบายว่าเหตุใดการเปลี่ยนเอนโทรปีรวมของแหล่งกักทั้งสองตลอดวัฏจักรจึงออกมาเป็นศูนย์
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- เครื่องจักรจริงมีแรงเสียดทานและการถ่ายเทความร้อนความเร็วจำกัด ซึ่งย้อนกลับไม่ได้ทั้งคู่ อธิบายว่าเหตุใดการเปลี่ยนเอนโทรปีของแหล่งกักในวัฏจักรจริงจึงไม่หักลบกันพอดี เหลือการผลิตเอนโทรปีสุทธิบวก — และเหตุใดกฎข้อที่สองจึงกำหนดให้การผลิตสุทธินั้น ≥ 0
- การผลิตเอนโทรปีสุทธิเป็นศูนย์ของวัฏจักรคาร์โนต์คือเหตุที่เรียกว่า “ย้อนกลับได้” — รันทุกขั้นย้อนหลังเพื่อเลิกทุกอย่าง รวมถึงสถานะของแหล่งกักได้ อธิบายว่าเหตุใดกระบวนการที่ผลิตเอนโทรปีสุทธิบวก (เช่นแรงเสียดทาน) จึงเลิกทำแบบนี้ไม่ได้
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่ เอนโทรปีคาร์โนต์
- เลือกห้องบรรจุ
- กดเล่น
- เอนโทรปีในวัฏจักรผันกลับได้
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ