Nhiệt động lực học

Chu trình Carnot thuận nghịch — entropy

Một chu trình Carnot thuận nghịch trao đổi entropy với các bể nhiệt — ΔS_toàn phần ≈ 0.

Chu trình Carnot thuận nghịch — entropy — mô phỏng Nhiệt động lực học tương tác. Một chu trình Carnot thuận nghịch trao đổi entropy với các bể nhiệt — ΔS_toàn phần ≈ 0. Phòng thí nghiệm vật lý ảo miễn phí trên trình duyệt với phép đo SI trực tiếp và hướng dẫn từng bước.

Entropy thuận nghịch

Một chu trình Carnot thuận nghịch trao đổi entropy với các bể chứa: ΔS_vũ trụ ròng ≈ 0.

Đối với chu trình hoàn toàn thuận nghịch, entropy của hệ trở về giá trị ban đầu, trong khi bể nhiệt nóng mất entropy Q_h/T_h và bể nhiệt lạnh nhận Q_c/T_c với độ lớn bằng nhau. Tổng thay đổi entropy của vũ trụ bằng không — điều này định nghĩa hiệu suất tối đa.

• ΔS_vũ trụ = 0 (thuận nghịch)
• Trao đổi entropy

Tóm tắt điều tra

Lập kế hoạch câu hỏi trước khi bạn mở phòng thí nghiệm

Bản tóm tắt phản ánh trang được kết xuất trước: câu hỏi dẫn dắt, các dự đoán cạnh tranh, vai trò của biến, các định luật chi phối, phần thiết lập và các gợi ý phân tích, mở rộng vẫn hiển thị theo thứ tự này.

Câu hỏi lái xe

Một động cơ Carnot trao đổi nhiệt với bình chứa nóng ở một chân và bình chứa lạnh ở chân kia. Liệu sự mất entropy của bình nóng có triệt tiêu chính xác mức tăng entropy của bình chứa lạnh không?

Dự đoán cân nặng

• Những thay đổi entropy của hồ chứa không bị hủy bỏ; nhìn chung có một sự thay đổi entropy ròng khác không.
• Có - đối với chu trình thuận nghịch (Carnot), sự thay đổi entropy của hai nguồn chứa hoàn toàn triệt tiêu, tạo ra entropy ròng bằng không.
• Sự thay đổi entropy của hồ chứa không liên quan đến nhiệt trao đổi với khí.

Vai trò thay đổi

Những gì bạn đặt:

• Số chân

Những gì bạn đo lường:

• Trao đổi nhiệt ở chân Q này (J)
• Đóng góp entropy ΔS = Q/T (J/K)

Cuộc điều tra diễn ra như thế nào

1. Mở cài đặt trước entropy-carnot và nhấn Reset. Chu trình Carnot 4 chân giống như chu trình carnot chạy giữa các hồ chứa 600 K và 300 K.
2. Kích hoạt tính năng đọc nhiệt trên mỗi chân.
3. Đối với mỗi chặng của chu trình (1 đến 4), đọc nhiệt trao đổi và tính đóng góp entropy của chặng đó Q_leg/T_leg.

phương trình điều khiển

Cân bằng Entropy hồ chứa — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th

Entropy của mỗi bình chứa thay đổi −Q/T đối với nhiệt mà nó giải phóng (hoặc +Q/T đối với nhiệt mà nó hấp thụ) ở nhiệt độ cố định của chính nó. Đối với một chu trình thuận nghịch như chu trình của Carnot, sự thay đổi entropy của nguồn nóng và nguồn lạnh hoàn toàn triệt tiêu: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.

Bảng tính có thể in được yêu cầu học sinh làm gì

• Xác nhận các chân 2 và 4 (đoạn nhiệt) đóng góp entropy bằng 0, vì Q = 0 cho các chân đó theo định nghĩa. Tổng các khoản đóng góp khác 0 từ các nhánh 1 (tại Th = 600 K) và 3 (tại Tc = 300 K).
• Nhiệt lượng mà khí hấp thụ trong giai đoạn 1 trở thành nhiệt lượng do bình nóng tỏa ra; nhiệt lượng do khí giải phóng ở chặng 3 trở thành nhiệt được vật lạnh hấp thụ. Giải thích tại sao sự thay đổi entropy tổng hợp của các hồ chứa trong toàn bộ chu kỳ lại bằng không.

Nơi điều này xuất hiện bên ngoài phòng thí nghiệm

• Một động cơ thực tế có ma sát và sự truyền nhiệt ở tốc độ hữu hạn, cả hai đều không thuận nghịch. Giải thích tại sao sự thay đổi entropy dự trữ của một chu kỳ thực sẽ KHÔNG triệt tiêu chính xác, tạo ra một thế hệ entropy ròng dương - và tại sao định luật thứ hai yêu cầu thế hệ ròng đó phải ≥ 0.
• Việc tạo entropy ròng bằng 0 của chu trình Carnot là lý do tại sao nó được gọi là 'có thể đảo ngược' - bạn có thể chạy lùi từng bước và hoàn tác mọi thứ, kể cả trạng thái của các hồ chứa. Giải thích tại sao một quá trình tạo ra entropy ròng dương (như ma sát) không thể được hoàn tác theo cách này.

• 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

1. Chào mừng đến entropy chu trình Carnot
2. Chọn buồng khí
3. Nhấn Phát
4. Entropy trong một chu trình thuận nghịch
5. Mở Trình kiểm tra
6. Hoàn thành!

Mở mô phỏng tương tác để xây dựng hoạt cảnh, nhấn Chạy và khám phá với các phép đo trực tiếp và bài hướng dẫn.

Mở phòng thí nghiệm tương tác →

Tải tài liệu thí nghiệm →

Entropy & Định Luật Hai