Termodynamika

Chladnička (obrácený Carnot)

Chod naopak: vkládaná práce čerpá teplo ze studeného do teplého (COP = Tc/(Th−Tc)).

Chladnička (obrácený Carnot) — interaktivní simulace Termodynamika. Chod naopak: vkládaná práce čerpá teplo ze studeného do teplého (COP = Tc/(Th−Tc)). Bezplatná virtuální fyzikální laboratoř v prohlížeči se živými měřeními v SI a řízeným tutoriálem.

COP chladničky

Chod naopak: vkládaná práce čerpá teplo ze studeného do teplého (COP = Tc/(Th−Tc)).

Lednička je tepelný stroj jdoucí pozpátku: elektrická práce žene teplo ze studeného interiéru do teplé místnosti. Topný faktor COP = Q_c/W může překročit 1, protože přečerpané teplo je větší než dodaná práce — na rozdíl od účinnosti, která je vždy ≤ 1.

• COP = T_c/(T_h−T_c)
• Vkládaná práce

Souhrn zkoumání

Naplánuj otázku dřív, než otevřeš laboratoř

Stručný přehled odpovídá předrenderované stránce: hlavní otázka, konkurenční predikce, role proměnných, řídicí zákony, sestavení, analýza i rozšiřující podněty zůstávají viditelné a v tomto pořadí.

Hlavní otázka

Spuštění Carnotova cyklu pozpátku mění stroj na ledničku — čistá práce jde DOVNITŘ místo ven. Pohlcuje plyn pořád teplo ze studeného zásobníku jako skutečná lednička vytahující teplo z interiéru?

Predikce k zvážení

• Ne — obrácení cyklu obrací i to, který zásobník pohlcuje teplo.
• Reverzní cyklus nevyměňuje teplo s žádným zásobníkem.
• Ano — reverzní cyklus pohlcuje teplo ze studené strany a vyhazujě víc tepla do teplé strany, s použitím vstupní práce.

Role proměnných

Co nastavuješ:

• Číslo věty

Co měříš:

• Cílový objem věty V (L)
• Práce vykonaná plynem v této větě (J)

Jak zkoumání probíhá

1. Otevři předvolbu carnot-fridge a stiskni Resetovat. Stejné 4 věty jako carnot-cycle běží v opačném pořadí.
2. Zapni odečet práce po větách a odečty chladicího/topeného COP.
3. Pro každou větu cyklu (1 až 4) odečti cílový objem věty a práci vykonanou plynem během té věty.

Řídící rovnice

Topný faktor chladničky — COP = Tc / (Th − Tc)

Chladicí výkon reverzního Carnotova cyklu se měří COP_cool = Tc/(Th − Tc): kolik tepla je odebráno ze studeného prostoru na jednotku dodané práce. Menší teplotní rozdíly dávají lepší (vyšší) COP.

Co tisknutelný pracovní list žádá žáky vypočítat

• Sečti hodnoty práce svých 4 vět — celkem (čistá práce vykonaná PLYNEM) by měl vyjít záporný, což znamená, že čistá práce musí být dodána PLYNU. Spočti chladicí COP = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 a topný COP = Th/(Th − Tc) = 2.0.
• Porovnej pořadívět tady s pořadímvět carnot-cycle. Vysvětli, jak prosté obrácení sekvence stejných 4vět překlápí cyklus ze stroje (čistá práce ven) na ledničku (čistá práce dovnitř).

Kde se to objevuje mimo laboratoř

• Chladicí COP 1.0 znamená, že lednička přemístí 1 J tepla ze studeného prostoru za každý 1 J dodané práce. Topný COP 2.0 (režim tepelného čerpadla) znamená, že dodá 2 J tepla do teplého prostoru na 1 J práce. Vysvětli, proč COP_heat je vždy přesně o 1 víc než COP_cool pro tytéž zásobníky.
• Na rozdíl od účinnosti stroje (vždy ≤ 1) může COP překročit 1 — to není porušení zachování energie. Vysvětli, proč COP > 1 je možný: extra dodaná energie pochází ze chlazeného zásobníku, ne ze zrození z ničeho.

• 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. Vítej v Carnotově ledničce
2. Vyber komoru
3. Stiskni Spustit
4. COP chladničky
5. Otevři panel Vlastnosti
6. Povedlo se!

Otevři interaktivní simulaci, postav scénu, stiskni Spustit a prozkoumávej s živými měřeními a řízeným tutoriálem.

Otevřít interaktivní laboratoř →

Stáhnout pracovní list →

Tepelné stroje a Carnotova účinnost