Cân bằng Entropy trong một chu trình Carnot
1 · Dự đoán
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?
- 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.
2 · Thiết lập
- 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.
- Kích hoạt tính năng đọc nhiệt trên mỗi chân.
- 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.
3 · Thu thập dữ liệu
| Số chân | Trao đổi nhiệt ở chân Q này (J) | Đóng góp entropy ΔS = Q/T (J/K) |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 |
Tính tổng các khoản đóng góp entropy của chân 4 của bạn. Vẽ biểu đồ đóng góp của mỗi nhánh dưới dạng biểu đồ thanh, với các chân 2 và 4 (đoạn nhiệt, Q = 0 ) hiển thị bằng 0.
4 · Phân tích
- 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.
5 · Gia hạn
- 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.
Vật lý đằng sau thí nghiệm này
Cân bằng Entropy hồ chứa
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.