Termodynamika

Ottoův cyklus

Cyklus benzinového motoru: dvě adiabaty + dvě izochory.

Ottoův cyklus — interaktivní simulace Termodynamika. Cyklus benzinového motoru: dvě adiabaty + dvě izochory. Bezplatná virtuální fyzikální laboratoř v prohlížeči se živými měřeními v SI a řízeným tutoriálem.

Ottoův cyklus

Cyklus benzinového motoru: dvě adiabaty + dvě izochory.

Ottův cyklus modeluje motor se zážehovou svíčkou: rychlé spalování při téměř konstantním objemu zvýší tlak, následuje adiabatická expanze konající práci a pak výfuk při konstantním objemu. Je méně účinný než Carnotův při stejných teplotních extrémech, protože teplo se přidává při měnící se teplotě.

• η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
• Benzinový motor

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

Ottův cyklus (adiabatická komprese, izochorický ohřev, adiabatická expanze, izochorické chlazení) modeluje benzinový motor. Na rozdíl od Carnotova cyklu jsou dvě jeho věty při konstantním objemu, ne při konstantní teplotě. Koná plyn během těchto vět při konstantním objemu nějakou práci?

Predikce k zvážení

• Práce se koná i nadále, protože se během těchto vět mění tlak.
• Věty při konstantním objemu konají zápornou práci.
• Během vět při konstantním objemu se nekoná žádná práce, protože W = PΔV a ΔV = 0.

Role proměnných

Co nastavuješ:

• Číslo věty

Co měříš:

• Cílový objem věty V (m³)
• Práce vykonaná plynem v této větě (J)

Jak zkoumání probíhá

1. Otevři předvolbu otto-cycle a stiskni Resetovat. 1 mol dusíku (f = 5) se stlačuje z 0.04 m³ na 0.01 m³, pak zahřívá při konstantním objemu na 900 K.
2. Zapni odečty práce a tepla po větách.
3. Pro každou větu cyklu (1 až 4) odečti cílový objem věty a práci vykonanou plynem během té věty.

Řídící rovnice

Účinnost Ottova cyklu — η = W / Qin

Pro idealizovaný Ottův cyklus závisí účinnost jen na kompresním poměru r = V₁/V₂ a poměru tepelných kapacit plynu γ: η = 1 − 1/r^(γ−1). Vyšší kompresní poměry dávají vyšší účinnost.

Co tisknutelný pracovní list žádá žáky vypočítat

• Potvrď, že věty 2 a 4 (izochorické) ukazují W = 0 v tabulce, zatímco věty 1 a 3 (adiabatické) ukazují nenulovou práci. Spočti kompresní poměr r = V₁/V₂ = 4 a účinnost cyklu η = 1 − 1/r^(γ−1) s γ = 1.4.
• Čistá práce tohoto cyklu je kladná, i když polovina jehovět koná nulovou práci. Vysvětli, jak samotné dvě adiabatické věty mohou produkovat čistý kladný pracovní výstup.

Kde se to objevuje mimo laboratoř

• Skutečné benzinové motory jsou omezeny kompresními poměry kolem 10-12 (vyšší poměry způsobují předčasné zapalování/klepání). Použij η = 1 − 1/r^(γ−1) a vysvětli, proč konstruktéři motorů usilují o vyšší kompresní poměry, když to jde.
• Dieselový motor používá jiný cyklus (izobarický ohřev místo izochorického), ale podobný nápad adiabatické komprese. Oba se spoléhají na adiabatické věty, které mění kompresní práci na vyšší teploty. Proč je minimalizace ztráty tepla během komprese důležitá pro oba návrhy?

• 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 Ottově cyklu
2. Vyber komoru
3. Stiskni Spustit
4. Cyklus benzinového motoru
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