Proses gas, entropi dan siklus reversibel
Diperkenalkan| English | Makna |
|---|---|
| coefficient of performance/ˌkəʊɪˈfɪʃənt ɒv pəˈfɔːməns/ | koefisien kinerja |
| entropy production/ˈentrəpi prəˈdʌkʃn/ | produksi entropi |
Keputusan sebelum jawaban
- Kulkas dapat memindahkan lebih banyak panas daripada kerja yang diberikan kepadanya. Rasio tersebut adalah koefisien kinerja, bukan efisiensi yang harus di bawah satu.
- Tujuan Anda: Terapkan tanda kerja dan panas hukum pertama pada proses gas.
Bacalah hubungannya
- Gunakan ΔU=Q−W, di mana Q adalah panas yang masuk ke sistem dan W adalah kerja yang dilakukan oleh sistem. Kerja batas quasistatis adalah ∫P dV, positif selama ekspansi. Untuk jumlah gas ideal tetap, energi dalam hanya bergantung pada suhu. Pada volume konstan W=0, sehingga ΔU=Q; untuk proses gas ideal isothermal ΔU=0, sehingga Q=W. Adiabatik berarti Q=0, bukan suhu konstan. Sepanjang siklus, keadaan kembali dan ΔU=0, sehingga total Q sama dengan total W meskipun perpindahan panas individu pada tiap langkah berbeda.
- Bandingkan neraca entropi reversibel dan area siklus P–V.
In a reversible process of a system and its environment, which must hold?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Reversibility produces no total entropy; individual system quantities may change.
Gunakan aturan penentu
- Untuk ekspansi isothermal reversibel gas ideal, PV bernilai konstan. Dengan kapasitas kalor konstan, jalur adiabatik reversibel mematuhi PV^γ=konstanta, dengan γ=Cp/Cv>1; melewati keadaan awal yang sama, tekanannya turun lebih cepat saat volume bertambah. Jalur isobarik digambarkan horizontal pada grafik P–V. Siklus tertutup berarah searah jarum jam memiliki ∮P dV positif; membalikkan arah mengubah tandanya. Untuk loop persegi panjang, besarannya adalah ΔPΔV, dan loop segitiga memiliki setengah dari area persegi pembatas yang sesuai. Gunakan Pa dan m³ untuk joule, bukan nilai liter yang belum dikonversi.
- Bedakan efisiensi mesin dari koefisien kinerja kulkas.
A reversible refrigerator has TC=270 K and TH=300 K. Its COP is:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
QC/W=270/(300−270)=9.
Periksa syarat-syaratnya
- Untuk perpindahan panas reversibel, dS=δQ_rev/T; entropi adalah fungsi keadaan sementara panas bergantung pada lintasan. Proses sistem-plus-lingkungan reversibel memiliki perubahan entropi total nol, tetapi entropi sistem saja bisa meningkat atau menurun. Proses spontan ireversibel menghasilkan entropi total nonnegatif. Ekspansi isothermal reversibel meningkatkan entropi gas sebesar nR ln(V2/V1); reservoir kehilangan jumlah yang sama. Reversibilitas tidak memerlukan suhu sistem konstan, kerja nol, atau perubahan energi dalam nol.
- Bedakan efisiensi mesin dari koefisien kinerja kulkas.
Persegi panjang P–V berputar searah jarum jam membentang dari 1×10⁵ hingga 3×10⁵ Pa dan 0.001 hingga 0.004 m³. Usaha dan panas bersih masuk adalah 600 J. Membalikkan siklus ini menghasilkan −600 J. Refrigerator Carnot beroperasi pada TC=280 K dan TH=300 K dengan perpindahan entropi 2 J/K: QC=560 J, QH=600 J, usaha input=40 J dan COP=14.
A clockwise rectangular P–V cycle has ΔP=4000 Pa and ΔV=0.002 m³. Net work is ____ J.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Positive clockwise work is ΔPΔV=8 J.
Terapkan format tugas
- Mesin reversibel antara TH dan TC memiliki efisiensi W/QH=1−TC/TH. Refrigerator reversibel memiliki COP=QC/W=TC/(TH−TC), dan pompa kalor memiliki QH/W=TH/(TH−TC). Gunakan suhu absolut dalam Kelvin. Pada diagram T–S reversibel, besaran panas sepanjang isoterma adalah T kali perubahan entropi; luas persegi panjang Carnot adalah besaran usaha. Pendinginan memindahkan panas dari dingin ke panas dengan mengonsumsi usaha, membalikkan siklus mesin. COP dapat melebihi satu tanpa melanggar hukum kekekalan karena panas yang dipindahkan tidak hanya berasal dari usaha.
- Bedakan efisiensi mesin dari koefisien kinerja kulkas.
Produksi entropi total nol tidak berarti perubahan entropi sistem nol. Kulkas menggunakan TC/(TH−TC), bukan rumus efisiensi mesin.
Jawaban mana yang sesuai dengan kasus ini?
Terapkan tanda kerja dan panas hukum pertama pada proses gas
For any complete gas cycle, net entering heat equals net work done by the gas.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
ΔU=0 because internal energy is a state function and the initial state returns.
Jaga pembedaan
- produksi entropi — Total entropi nonnegatif yang dihasilkan oleh ketidakterbalikan.
- koefisien kinerja — Panas berguna yang ditransfer dibagi dengan kerja input untuk kulkas atau pompa panas.
- Terapkan tanda kerja dan panas hukum pertama pada proses gas.
- Bandingkan neraca entropi reversibel dan area siklus P–V.
- Bedakan efisiensi mesin dari koefisien kinerja kulkas.
Match each term with its precise meaning in this lesson.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Keep the distinctions stated in the teaching example.
Put this lesson’s reasoning or event sequence in order.
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
The order follows the stated process; check each stage before the next.