Termodinàmica
Cicle de Carnot
El cicle més eficient: η = 1 − Tc/Th.
Cicle de Carnot — simulació interactiva de Termodinàmica. El cicle més eficient: η = 1 − Tc/Th. Laboratori virtual de física gratuït al navegador, amb mesures SI en directe i tutorial guiat.
Rendiment de Carnot
El cicle més eficient: η = 1 − Tc/Th.
Un motor de Carnot opera reversiblement entre dos dipòsits. Cada tram és o isoterm (intercanvi de calor a T fixa) o adiabàtic (sense calor). Cap motor real no pot superar aquest rendiment perquè la irreversibilitat malgasta energia útil en producció d'entropia.
- η = 1 − T_c/T_h
- η màxima
Resum de la investigació
Planifica la pregunta abans d'obrir el laboratori
El resum reflecteix la pàgina prerenderitzada: la pregunta conductora, les prediccions rivals, els rols de les variables, les lleis que governen, la configuració, l'anàlisi i les preguntes d'extensió es mantenen visibles i en aquest ordre.
Pregunta conductora
Un motor de Carnot porta el gas per 4 trams (expansió isoterm, expansió adiabàtica, compressió isoterm, compressió adiabàtica) de tornada al seu estat inicial. Canvia l'energia interna del gas al llarg d'un cicle complet?
Prediccions a valorar
- L'energia interna augmenta al llarg del cicle, ja que el gas fa treball net positiu.
- L'energia interna torna al seu valor inicial: canvi net zero en un cicle tancat.
- L'energia interna disminueix al llarg del cicle.
Rols de les variables
El que tu defines:
- Número de tram
El que tu mesures:
- Volum objectiu del tram V (L)
- Treball fet pel gas en aquest tram (J)
Com funciona la investigació
- Obre el predefinit «El cicle de Carnot» i prem Restableix. 1 mol d'argó (f = 3) cicle entre un dipòsit calent de 600 K i un de fred de 300 K.
- Activa la lectura de treball per tram.
- Per a cada tram del cicle (1 a 4), llegeix el volum objectiu del tram i el treball fet pel gas durant aquell tram.
Equació governant
Rendiment de Carnot — η_c = 1 − Tc / Th
El rendiment màxim possible de qualsevol motor tèrmic que operi entre un dipòsit calent Th i un de fred Tc depèn només de la seva relació de temperatures: η_c = 1 − Tc/Th.
El que el full imprimible demana treballar a l'alumne
- Suma els teus valors de treball dels 4 trams. Compara el total amb nR(Th − Tc)·ln(2) (aproximadament, per a les relacions de volum d'aquest cicle) i compara el rendiment del cicle η = W_net/Qin amb el valor de Carnot η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300/600 = 0.5.
- Dos trams tenen treball positiu (expansió) i dos negatiu (compressió). Explica per què el treball *net* del cicle complet encara és positiu, cosa que en fa un motor tèrmic i no un bucle que no res.
On apareix això més enllà del laboratori
- Cap motor real operant entre les mateixes temperatures de dipòsit no pot superar el rendiment de Carnot. Explica, amb η_c = 1 − Tc/Th, per què un motor podria arribar a un rendiment del 100% només si Tc = 0 K: físicament inassolible.
- El cicle de Carnot és construït enterament amb passos reversibles (isoterms i adiabàtics, tots dos idealitzats com infinitament lents). Explica per què un motor real, que inevitablement té fricció i transferència de calor a velocitat finita, mai no arriba del tot a aquest rendiment ideal.
- 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
- Benvingut al Cicle de Carnot
- Selecciona la cambra
- Prem Reprodueix
- Rendiment màxim
- Obre el panell de Propietats
- Ho has aconseguit!
Obre la simulació interactiva per construir l'escena, prem Reprodueix i explora amb mesures en directe i un tutorial guiat.
Obre el laboratori interactiu →
Descarrega el full de treball →
Màquines tèrmiques i rendiment de Carnot