Ottův cyklus: idealizovaný model benzinového motoru

1 · Predikuj

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?

2 · Sestavení

  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.

3 · Sbírej data

Číslo větyCílový objem věty V (m³)Práce vykonaná plynem v této větě (J)
1
2
3
4

Načrtni diagram P-V pro všech 4 věty. Označ, které věty jsou segmenty při konstantním objemu (svislé), a potvrď, že tvé odečty práce jsou tam 0.

4 · Analyzuj

  1. 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.
  2. 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.

5 · Rozšiř

  1. 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.
  2. 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?

Fyzika za tímto experimentem

Účinnost Ottova cyklu

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.

← Zpět na experiment

Termodynamika

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky