สมดุลเอนโทรปีตลอดวัฏจักรคาร์โนต์

1 · ทำนาย

เครื่องจักรคาร์โนต์แลกเปลี่ยนความร้อนกับแหล่งกักร้อนในหนึ่งขั้นและแหล่งกักเย็นในอีกขั้น การสูญเสียเอนโทรปีของแหล่งกักร้อนหักลบกับการได้เอนโทรปีของแหล่งกักเย็นพอดีหรือไม่

• การเปลี่ยนเอนโทรปีของแหล่งกักไม่หักลบกัน มีการเปลี่ยนเอนโทรปีสุทธิไม่เป็นศูนย์โดยรวม
• ใช่ — สำหรับวัฏจักรย้อนกลับได้ (คาร์โนต์) การเปลี่ยนเอนโทรปีของแหล่งกักทั้งสองหักลบกันพอดี การผลิตเอนโทรปีสุทธิเป็นศูนย์
• การเปลี่ยนเอนโทรปีของแหล่งกักไม่เกี่ยวกับความร้อนที่แลกเปลี่ยนกับแก๊ส

2 · จัดเตรียม

1. เปิดค่าที่ตั้งไว้ entropy-carnot แล้วกดรีเซ็ต วัฏจักรคาร์โนต์ 4 ขั้นเดียวกับ carnot-cycle รันระหว่างแหล่งกัก 600 K และ 300 K
2. เปิดค่าแสดงความร้อนรายขั้น
3. สำหรับทุกขั้นของวัฏจักร (1 ถึง 4) อ่านความร้อนที่แลกเปลี่ยนและคำนวณส่วนช่วยเอนโทรปี Q_leg/T_leg ของขั้นนั้น

3 · เก็บข้อมูล

จงรวมส่วนอันดับเอนโทรปีของทั้ง 4 ช่วง จงเขียนส่วนอันดับของแต่ละช่วงเป็นกราฟแท่ง โดยช่วง 2 และ 4 (อะเดียแบติก Q = 0) เป็นศูนย์

4 · วิเคราะห์

1. จงยืนยันว่าช่วง 2 และ 4 (อะเดียแบติก) ให้เอนโทรปีเป็นศูนย์ เพราะ Q = 0 ตามนิยามของช่วงเหล่านั้น จงรวมส่วนอันดับที่ไม่เป็นศูนย์จากช่วง 1 (ที่ Th = 600 K) และช่วง 3 (ที่ Tc = 300 K)
2. ความร้อนที่แก๊สดูดในขั้น 1 กลายเป็นความร้อนที่แหล่งกักร้อนปล่อย ความร้อนที่แก๊สปล่อยในขั้น 3 กลายเป็นความร้อนที่แหล่งกักเย็นดูด อธิบายว่าเหตุใดการเปลี่ยนเอนโทรปีรวมของแหล่งกักทั้งสองตลอดวัฏจักรจึงออกมาเป็นศูนย์

5 · ต่อยอด

1. เครื่องจักรจริงมีแรงเสียดทานและการถ่ายเทความร้อนความเร็วจำกัด ซึ่งย้อนกลับไม่ได้ทั้งคู่ อธิบายว่าเหตุใดการเปลี่ยนเอนโทรปีของแหล่งกักในวัฏจักรจริงจึงไม่หักลบกันพอดี เหลือการผลิตเอนโทรปีสุทธิบวก — และเหตุใดกฎข้อที่สองจึงกำหนดให้การผลิตสุทธินั้น ≥ 0
2. การผลิตเอนโทรปีสุทธิเป็นศูนย์ของวัฏจักรคาร์โนต์คือเหตุที่เรียกว่า “ย้อนกลับได้” — รันทุกขั้นย้อนหลังเพื่อเลิกทุกอย่าง รวมถึงสถานะของแหล่งกักได้ อธิบายว่าเหตุใดกระบวนการที่ผลิตเอนโทรปีสุทธิบวก (เช่นแรงเสียดทาน) จึงเลิกทำแบบนี้ไม่ได้

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

← กลับไปการทดลอง