الديناميكا الحرارية
مثلاج (كارنو معكوسة)
تعمل بالعكس: الشغل يضخ الحرارة من البارد إلى الساخن (COP = Tc/(Th−Tc)).
مثلاج (كارنو معكوسة) — محاكاة الديناميكا الحرارية تفاعلية. تعمل بالعكس: الشغل يضخ الحرارة من البارد إلى الساخن (COP = Tc/(Th−Tc)). مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
معامل أداء المثلاج
تعمل بالعكس: الشغل يضخ الحرارة من البارد إلى الساخن (COP = Tc/(Th−Tc)).
الثلاجة محرك حراري يعمل بالعكس: شغل كهربائي يدفع الحرارة من الداخل البارد إلى الغرفة الدافئة. معامل الأداء COP = Q_c/W يمكن أن يتجاوز 1 لأن الحرارة المضخوخة أكبر من الشغل المزوَّد — بخلاف الكفاءة التي تكون دائمًا ≤ 1.
- COP = T_c/(T_h−T_c)
- الشغل المُدخَل
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
تشغيل دورة كارنو بالعكس يحول المحرك إلى مثلاج — صافي الشغل يدخل بدل أن يخرج. هل لا يزال الغاز يمتص الحرارة من المستودع البارد، كمثلاج حقيقي يسحب الحرارة من داخله؟
توقعات للموازنة
- لا — عكس الدورة يعكس أيضًا أيَّ المستودعين يمتص الحرارة.
- الدورة المعكوسة لا تبادل الحرارة مع أي من المستودعين.
- نعم — تمتص الدورة المعكوسة الحرارة من الجانب البارد وتطرح حرارة أكثر في الساخن، مستخدمةً شغل المدخل لذلك.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- رقم المرحلة
ما تقيسه:
- الحجم المستهدف للمرحلة V (L)
- شغل الغاز في هذه المرحلة (J)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة مثلاج كارنو واضغط إعادة. المراحل الأربع نفسها لدورة كارنو تعمل بترتيب معكوس.
- فعّل قراءة شغل كل مرحلة وقراءتي معاملي أداء التبريد والتدفئة.
- لكل مرحلة (1 إلى 4) اقرأ الحجم المستهدف للمرحلة وشغل الغاز خلالها.
المعادلة الحاكمة
معامل أداء المثلاج — COP = Tc / (Th − Tc)
يُقاس أداء التبريد لدورة كارنو المعكوسة بـ COP_cool = Tc/(Th − Tc): مقدار الحرارة المزالة من الفضاء البارد لكل وحدة شغل مزود. فجوات درجات الحرارة الأصغر تعطي COP أفضل (أعلى).
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- اجمع قيم شغل أطرافك الأربعة — يجب أن يخرج المجموع (صافي الشغل الذي يبذله الغاز) سالبًا، أي أن صافي الشغل يجب أن يُزود إلى الغاز. احسب COP التبريد = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 و COP التسخين = Th/(Th − Tc) = 2.0.
- قارن ترتيب المراحل هنا بترتيب دورة كارنو. اشرح كيف يقلب مجردُ عكس تسلسل المراحل الأربع نفسها الدورةَ من محرك (صافي شغل خارج) إلى مثلاج (صافي شغل داخل).
أين يظهر هذا خارج المختبر
- معامل تبريد 1.0 يعني أن المثلاج ينقل 1 J من الحرارة خارج الفراغ البارد لكل 1 J شغل مزود. ومعامل تدفئة 2.0 (وضع مضخة حرارة) يعني تسليم 2 J حرارة للفراغ الدافئ لكل 1 J شغل. اشرح لماذا COP_heat يزيد دائمًا COP_cool بالضبط بواحد للمستودعين نفسهما.
- بخلاف كفاءة المحرك (≤ 1 دائمًا)، يمكن لـCOP أن يتجاوز 1 — وليس ذلك خرقًا لانحفاظ الطاقة. اشرح لماذا COP > 1 ممكن: الطاقة الإضافية المسلَّمة تأتي من المستودع المُبرَّد لا من عدم.
- 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
- أهلًا بك في مثلاج كارنو
- حدد الغرفة
- اضغط تشغيل
- معامل أداء المثلاج
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.
المحركات الحرارية وكفاءة كارنو