Carnot Döngüsü Boyunca Entropi Dengesi
1 · Tahmin Et
Bir Carnot motoru, bir ayağında sıcak bir rezervuarla, diğerinde ise soğuk bir rezervuarla ısı alışverişi yapar. Sıcak rezervuarın entropi kaybı, soğuk rezervuarın entropi kazancını tam olarak iptal eder mi?
- Rezervuarların entropi değişiklikleri birbirini götürmez; genel olarak sıfırdan farklı bir net entropi değişimi var.
- Evet - tersinir (Carnot) bir döngü için, iki rezervuarın entropi değişiklikleri tamamen birbirini götürür ve sıfır net entropi üretimi sağlar.
- Rezervuar entropi değişiklikleri gazla değiştirilen ısıyla ilgili değildir.
2 · Kurulum
- Entropy-carnot ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. Carnot döngüsüyle aynı 4 bacaklı Carnot döngüsü, 600 K ve 300 K rezervuarlar arasında çalışır.
- Bacak başına ısı okumasını etkinleştirin.
- Döngünün her ayağı için (1'den 4'e kadar), aktarılan ısıyı okuyun ve o ayağın entropi katkısını Q_leg/T_leg hesaplayın.
3 · Veri Toplayın
| Bacak numarası | Isı bu bacakta değişti Q (J) | Entropi katkısı ΔS = Q/T (J/K) |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 |
4 ayağınızın entropi katkılarını toplayın. Her bir ayağın katkısını, 2. ve 4. bacaklar (adyabatik, Q = 0) sıfırı gösterecek şekilde bir çubuk grafik olarak çizin.
4 · Analiz et
- Tanım gereği bu bacaklar için Q = 0 olduğundan, bacak 2 ve 4'ün (adyabatik) sıfır entropiye katkıda bulunduğunu doğrulayın. Ayak 1'den (Th = 600 K'da) ve 3'ten (Tc = 300 K'de) sıfır olmayan katkıları toplayın.
- 1. bacak sırasında gaz tarafından emilen ısı, sıcak rezervuar tarafından salınan ısı haline gelir; 3. bacak sırasında gaz tarafından salınan ısı, soğuk rezervuar tarafından emilen ısı haline gelir. Rezervuarların tüm döngü boyunca birleşik entropi değişiminin neden sıfıra çıktığını açıklayın.
5 · Uzat
- Gerçek bir motorda sürtünme ve sonlu hızlı ısı transferi vardır ve her ikisi de geri döndürülemezdir. Gerçek bir çevrimin rezervuar entropi değişikliklerinin neden tam olarak iptal edilmeyeceğini ve pozitif bir net entropi üretimi sağlanamayacağını ve ikinci yasanın neden net üretimin ≥ 0 olmasını gerektirdiğini açıklayın.
- Carnot döngüsünün sıfır net entropi üretimi, buna 'tersine çevrilebilir' denmesinin nedenidir; her adımı geriye doğru çalıştırabilir ve rezervuarların durumları dahil her şeyi geri alabilirsiniz. Pozitif net entropi üretimine (sürtünme gibi) sahip bir sürecin neden bu şekilde geri alınamayacağını açıklayın.
Bu Deneyin Arkasındaki Fizik
Rezervuar Entropi Dengesi
Her rezervuarın entropisi, kendi sabit sıcaklığında saldığı ısı için -Q/T (veya emdiği ısı için +Q/T) kadar değişir. Carnot'unki gibi tersinir bir döngü için, sıcak ve soğuk rezervuarların entropi değişiklikleri tam olarak şunu iptal eder: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.