Termodinàmica
Cicle de Stirling
Dues isothermes + dos isocors amb regeneració.
Cicle de Stirling — simulació interactiva de Termodinàmica. Dues isothermes + dos isocors amb regeneració. Laboratori virtual de física gratuït al navegador, amb mesures SI en directe i tutorial guiat.
Cicle de Stirling
Dues isothermes + dos isocors amb regeneració.
El cicle de Stirling fa servir un regenerador per emmagatzemar calor durant els passos en volum constant i retornar-la després, acostant-se al rendiment de Carnot en un disseny ideal. Els motors Stirling reals intercanvien complexitat per un funcionament més silenciós i fonts de calor flexibles.
- Dues isothermes + regeneració
- η_Carnot al límit ideal
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 de Stirling fa servir 2 trams isoterms i 2 isocors, cap adiabàtic. El seu rendiment pot en principi igualar el valor de Carnot si un «regenerador» perfecte recicla calor entre els trams isocors. Sense regenerador ideal, el rendiment simple del cicle que mesures queda curt del límit de Carnot?
Prediccions a valorar
- Sí: sense regenerador, el rendiment brut d'aquest cicle queda per sota del límit de Carnot per a les mateixes temperatures de dipòsit.
- El rendiment iguala exactament el límit de Carnot independentment de la regeneració.
- El rendiment supera el límit de Carnot.
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 de Stirling» i prem Restableix. 1 mol d'argó cicle entre 600 K i 300 K fent servir només trams isoterms i isocors.
- Activa la lectura de treball per tram i la de rendiment del cicle.
- 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
Límit de Carnot al rendiment del cicle — η_c = 1 − Tc / Th
Cap cicle que operi entre les temperatures Tc i Th — Stirling inclòs — no pot superar el rendiment de Carnot η_c = 1 − Tc/Th. Un cicle Stirling real (sense regenerar) queda curt d'aquest límit perquè aboca calor no recuperada durant el seu tram de refredament isocor.
El que el full imprimible demana treballar a l'alumne
- Confirma que els trams 2 i 4 (isocors) mostren W = 0. Suma el treball dels 4 trams per al treball net del cicle, i compara la lectura de rendiment del cicle amb el límit de Carnot η_c = 1 − 300/600 = 0.5.
- El rendiment brut d'aquest cicle (sense un regenerador ideal que recuperi la calor dels trams isocors) queda per sota de 0.5. Explica, amb la primera llei, per què la calor abocada durant el tram de refredament isocor representa energia que el motor simple no recupera.
On apareix això més enllà del laboratori
- Un motor Stirling real fa servir un regenerador: una malla que emmagatzema la calor alliberada durant el refredament isocor i la retorna durant l'escalfament isocor. Explica per què un regenerador perfecte deixaria aquest cicle acostar-se al rendiment de Carnot fins i tot sense trams adiabàtics.
- Els motors Stirling s'aprecien per funcionar amb qualsevol font de calor externa (solar, calor residual, fins i tot diferències de temperatura a l'espai) en lloc de requerir combustió interna. Per què un motor de cicle tancat amb escalfament extern pot ser atractiu per a aquestes aplicacions?
- 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 Stirling
- Selecciona la cambra
- Prem Reprodueix
- Cicle regeneratiu
- 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