熱力學
可逆卡諾迴圈——熵
可逆卡諾迴圈與熱庫交換熵——宇宙熵變 ΔS ≈ 0。
可逆卡諾迴圈——熵——互動式熱力學模擬。可逆卡諾迴圈與熱庫交換熵——宇宙熵變 ΔS ≈ 0。 免費的瀏覽器物理虛擬實驗室，提供即時 SI 測量與分步引導教學。
可逆熵
可逆卡諾循環與熱庫交換熵——宇宙熵變 ΔS_univ ≈ 0。
對於完全可逆的循環，系統的熵會回到初始值，而熱庫失去的熵 Q_h/T_h 與冷庫獲得的熵 Q_c/T_c 大小相等。宇宙的總熵變化為零 —— 這正定義了最大效率。
- ΔS_univ = 0（可逆）
- 熵交換
調查簡介
在打開實驗室之前先規劃好問題
這份簡報反映預先渲染的頁面：探究問題、互相競爭的預測、變數角色、支配定律、設定，以及分析和延伸提示都會以此順序保持可見。
駕駛問題
卡諾引擎在一個階段與熱庫交換熱量，在另一個階段與冷庫交換熱量。熱儲層的熵損失是否恰好抵消了冷儲層的熵增益？
預測權重
- 水庫的熵變不會抵消；整體上存在非零的淨熵變化。
- 是的－對於可逆（卡諾）循環，兩個儲存器的熵變化完全抵消，產生零淨熵。
- 儲層熵變與氣體交換的熱無關。
可變角色
您設定的內容：
- 腿數
您測量的內容：
- 這條腿熱交換了Q (J)
- 熵貢獻 ΔS = Q/T (J/K)
調查如何進行
- 開啟 entropy-carnot 預設並按下 Reset。與 carnot-cycle 相同的 4 腿卡諾循環在 600 K 和 300 K 水庫之間運行。
- 啟用 per-leg 熱量讀數。
- 對於循環的每個分支（1 到 4），讀取交換的熱量並計算該分支的熵貢獻 Q_leg/T_leg。
控制方程
儲層熵平衡 — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th
每個儲存器在其固定溫度下釋放的熱量的熵變化為-Q/T（吸收的熱量的熵變化為+Q/T）。對於像卡諾這樣的可逆循環，熱儲層和冷儲層的熵變化完全抵消：ΔS_net = Qout/Tc −qin/Th = 0。
可列印的工作表要求學生完成什麼
- 確認腿 2 和 4（絕熱）貢獻零熵，因為根據定義，這些腿的 Q = 0。對支路 1（Th = 600 K）和支路 3（Tc = 300 K）的非零貢獻求和。
- 在第 1 段期間氣體吸收的熱量變成熱儲層釋放的熱量；第 3 段期間氣體釋放的熱量變成被冷庫吸收的熱量。解釋為什麼儲層在整個循環中的組合熵變為零。
這在實驗室之外的地方表現出來
- 真實發動機存在摩擦和有限速率的熱傳遞，二者都是不可逆的。請解釋為什麼真實循環中儲庫的熵變不會恰好相互抵消，從而產生正的淨熵增，以及為什麼熱力學第二定律要求這個淨增量必須≥0。
- 卡諾循環的零淨熵產生就是它被稱為「可逆」的原因——你可以向後運行每一條腿並撤銷一切，包括儲存庫的狀態。解釋為什麼產生正淨熵的過程（如摩擦）不能以這種方式撤銷。
- 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
- 歡迎來到可逆卡諾循環——熵
- 選擇氣體腔
- 按播放
- 可逆循環中的熵
- 打開檢查器
- 完成了！
打開互動式模擬以構建場景，點擊運行，並透過即時測量和引導式教學進行探索。