Termodinàmica
Cicle d'Otto
El cicle del motor de gasolina: dues adiabates + dos isocors.
Cicle d'Otto — simulació interactiva de Termodinàmica. El cicle del motor de gasolina: dues adiabates + dos isocors. Laboratori virtual de física gratuït al navegador, amb mesures SI en directe i tutorial guiat.
Cicle d'Otto
El cicle del motor de gasolina: dues adiabates + dos isocors.
El cicle d'Otto modelitza un motor d'encesa per espurna: la combustió ràpida en volum gairebé constant puja la pressió, segueix l'expansió adiabàtica que fa treball i després l'escapament en volum constant. És menys eficient que Carnot als mateixos extrems de temperatura perquè la calor s'afegeix a temperatura variable.
- η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
- Motor de gasolina
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
El cicle d'Otto (compressió adiabàtica, escalfament isocor, expansió adiabàtica, refredament isocor) modelitza un motor de gasolina. A diferència del cicle de Carnot, dos dels seus trams són en volum constant i no en temperatura constant. Durant aquells trams en volum constant, el gas fa cap treball?
Prediccions a valorar
- Encara es fa treball perquè la pressió canvia durant aquells trams.
- Els trams en volum constant fan treball negatiu.
- No es fa treball durant els trams en volum constant, ja que W = PΔV i ΔV = 0.
Rols de les variables
El que tu defines:
- Número de tram
El que tu mesures:
- Volum objectiu del tram V (m³)
- Treball fet pel gas en aquest tram (J)
Com funciona la investigació
- Obre el predefinit «El cicle d'Otto» i prem Restableix. 1 mol de nitrogen (f = 5) es comprimeix de 0.04 m³ a 0.01 m³ i després s'escalfa en volum constant fins a 900 K.
- Activa les lectures de treball i calor 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 del cicle d'Otto — η = W / Qin
Per a un cicle d'Otto idealitzat, el rendiment depèn només de la relació de compressió r = V₁/V₂ i de la relació de capacitats calorífiques γ del gas: η = 1 − 1/r^(γ−1). Relacions de compressió més altes donen més rendiment.
El que el full imprimible demana treballar a l'alumne
- Confirma que els trams 2 i 4 (els isocors) mostren W = 0 a la teva taula, mentre que els trams 1 i 3 (adiabàtics) mostren treball diferent de zero. Calcula la relació de compressió r = V₁/V₂ = 4 i el rendiment del cicle η = 1 − 1/r^(γ−1) amb γ = 1.4.
- El treball net d'aquest cicle és positiu tot i que la meitat dels trams fan treball zero. Explica com els dos trams adiabàtics tots sols poden produir una sortida de treball net positiu.
On apareix això més enllà del laboratori
- Els motors de gasolina reals estan limitats a relacions de compressió d'uns 10-12 (relacions més altes causen pre-encesa/picoteig). Amb η = 1 − 1/r^(γ−1), explica per què els dissenyadors de motors busquen relacions de compressió més altes quan és possible.
- Un motor Dièsel fa servir un cicle diferent (escalfament isobar en lloc d'isocor) però una idea similar de compressió adiabàtica. Tots dos es recolzen en trams adiabàtics per convertir treball de compressió en temperatures més altes. Per què minimitzar la pèrdua de calor durant la compressió és important per a tots dos dissenys?
- 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 d'Otto
- Selecciona la cambra
- Prem Reprodueix
- Cicle de motor de gasolina
- 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