Ентропійний баланс циклу Карно

1 · Прогноз

Машина Карно обмінюється теплотою з гарячим резервуаром в один такт і з холодним в інший. Чи втрата ентропії гарячим резервуаром точно компенсує приріст ентропії холодного?

• Зміни ентропії резервуарів не компенсуються; є ненульова чиста зміна ентропії.
• Так — для зворотного (карнівського) циклу зміни ентропії двох резервуарів точно компенсуються, даючи нульову чисту генерацію ентропії.
• Зміни ентропії резервуарів не пов'язані з теплотою, обміняною з газом.

2 · Установка

1. Відкрийте пресет ентропії Карно та натисніть «Скинути». Той самий 4-тактний цикл Карно, що й у carnot-cycle, працює між резервуарами 600 K і 300 K.
2. Увімкніть показ теплоти за такт.
3. Для кожного такту циклу (1–4) зчитайте обмін теплотою та обчисліть внесок ентропії такту Q_leg/T_leg.

3 · Збір даних

Підсумуйте внески ентропії 4 тактів. Побудуйте внесок кожного такту стовпчиковою діаграмою, з тактами 2 і 4 (адіабатичні, Q = 0) на нулі.

4 · Аналіз

1. Підтвердьте, що такти 2 і 4 (адіабатичні) дають нуль ентропії, бо Q = 0 для них за означенням. Підсумуйте ненульові внески тактів 1 (при Th = 600 K) та 3 (при Tc = 300 K).
2. Теплота, поглинута газом у такті 1, стає теплотою, відданою гарячим резервуаром; теплота, віддана газом у такті 3, стає теплотою, поглинутою холодним резервуаром. Поясніть, чому сумарна зміна ентропії резервуарів за повний цикл виходить нульовою.

5 · Поглиблення

1. Справжня машина має тертя та теплопередачу скінченної швидкості — обидва незворотні. Поясніть, чому зміни ентропії резервуарів справжнього циклу НЕ компенсувалися б точно, даючи додатну чисту генерацію ентропії — і чому другий закон вимагає, щоб чиста генерація була ≥ 0.
2. Нульова чиста генерація ентропії циклу Карно — це те, чому його називають «зворотним»: можна було б пройти кожен такт назад і відмінити все, включно зі станами резервуарів. Поясніть, чому процес із додатною чистою генерацією ентропії (як тертя) не можна відмінити так.

Фізика цього експерименту

← Назад до експерименту