Термодинамика

Холодилник (обратен Карно)

Обратно движение: вложената работа изпомпва топлина от студеното към топлото (COP = Tc/(Th−Tc)).

Холодилник (обратен Карно) — интерактивна симулация Термодинамика. Обратно движение: вложената работа изпомпва топлина от студеното към топлото (COP = Tc/(Th−Tc)). Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.

COP на холодильник

Обратно движение: вложената работа изпомпва топлина от студеното към топлото (COP = Tc/(Th−Tc)).

Холодилникът е топлинна машина, работеща назад: електрическата работа изтласква топлина от студения вътрешен обем към топлата стая. Коефициентът на полезно действие COP = Q_c/W може да надхвърли 1, защото изпомпаната топлина е по-голяма от вложената работа — за разлика от КПД, който е винаги ≤ 1.

• COP = T_c/(T_h−T_c)
• Вложена работа

Резюме на изследването

Планирай въпроса, преди да отвориш лабораторията

Краткото описание повтаря пререндерираната страница: водещият въпрос, съперничещите предсказвания, ролите на променливите, управляващите закони, постановката, анализът и разширяващите подсказки остават видими и в този ред.

Водещ въпрос

Пускането на цикъла на Карно назад превръща машина в холодилник — нетната работа влиза, вместо да излиза. Поглъща ли газът пак топлина от студения резервоар, като истински холодильник, изтеглящ топлина от вътрешността си?

Предсказвания за преценка

• Не — обръщането на цикъла обръща и това кой резервоар поглъща топлина.
• Обратен цикъл не обменя топлина с никой резервоар.
• Да — обратният цикъл поглъща топлина от студената страна и изхвърля повече топлина в топлата, ползвайки входната работа за това.

Роли на променливите

Какво задаваш ти:

• Номер на стъпка

Какво измерваш:

• Целеви обем на стъпката V (L)
• Работа, извършена от газа в тази стъпка (J)

Как протича изследването

1. Отвори настройката холодилник на Карно и натисни Нулирай. Същите 4 стъпки като цикъл на Карно вървят в обратен ред.
2. Включи показанието за работа по стъпки и показанията за COP охлаждане/отопление.
3. За всяка стъпка от цикъла (1 до 4) прочети целевия обем на стъпката и работата, извършена от газа по време на тази стъпка.

Управляващо уравнение

Коефициент на полезно действие на холодильник — COP = Tc / (Th − Tc)

Охлаждащото представяне на обратен цикъл на Карно се измерва с COP_cool = Tc/(Th − Tc): колко топлина се отстранява от студеното пространство на единица доставена работа. По-малки температурни пролуки дават по-добър (по-висок) COP.

Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист

• Сбери стойностите на работа от 4-те си стъпки — сборът (нетна работа, извършена ОТ газа) трябва да излезе отрицателен, което значи, че нетна работа трябва да се доставя НА газа. Изчисли охлаждащия COP = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 и отопителния COP = Th/(Th − Tc) = 2.0.
• Сравни реда на стъпките тук с реда на цикъл на Карно. Обясни как просто обръщането на последователността на същите 4 стъпки превръща цикъла от машина (нетна работа навън) в холодилник (нетна работа навътре).

Къде това се появява извън лабораторията

• Охлаждащ COP от 1.0 означава, че холодильникът мести 1 J топлина от студеното пространство за всеки 1 J доставена работа. Отопителен COP от 2.0 (режим топлинна помпа) означава, че доставя 2 J топлина в топлото пространство за 1 J работа. Обясни защо COP_heat е винаги точно с 1 повече от COP_cool за същите резервоари.
• За разлика от КПД на машина (винаги ≤ 1), COP може да надхвърли 1 — това не е нарушение на запазването на енергията. Обясни защо COP > 1 е възможно: допълнителната доставена енергия идва от охлаждания резервоар, не е създадена от нищо.

• 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

1. Добре дошъл при холодилника на Карно
2. Избери камерата
3. Натисни Пусни
4. COP на холодильник
5. Отвори панела Свойства
6. Справи се!

Отвори интерактивната симулация, за да изградиш сцената, натисни Пусни и разгледай с живи измервания и насочено упътване.

Отвори интерактивната лаборатория →

Изтегли работния лист →

Топлинни машини и КПД на Карно