卡諾循環中的熵平衡

1·預測

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？

• 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。

2·設定

1. 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。
2. 啟用 per-leg 熱量讀數。
3. 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。

3·收集數據

將 4 條腿的熵貢獻相加。將每條腿的貢獻繪製為長條圖，其中腿 2 和 4（絕熱，Q = 0）顯示為零。

4·分析

1. 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。
2. 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。

5·擴展

1. 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。
2. 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。

這個實驗背後的物理原理

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