Stirlingův cyklus: izotermické věty s regenerací

1 · Predikuj

Stirlingův cyklus používá 2 izotermické věty a 2 izochorické věty, žádné adiabatické. Jeho účinnost může v zásadě odpovídat Carnotově hodnotě, pokud dokonalý „regenerátor“ recykluje teplo mezi izochorickými větami. Bez ideálního regenerátoru zůstává měřená účinnost jednoduchého cyklu pod Carnotovou mezí?

2 · Sestavení

  1. Otevři předvolbu stirling-cycle a stiskni Resetovat. 1 mol argonu cyklí mezi 600 K a 300 K jen izotermickými a izochorickými větami.
  2. Zapni odečet práce po větách a odečet účinnosti cyklu.
  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 (L)Práce vykonaná plynem v této větě (J)
1
2
3
4

Načrtni diagram P-V pro všech 4 věty a označ 2 izotermické (zakřivené) a 2 izochorické (svislé) segmenty.

4 · Analyzuj

  1. Potvrď, že věty 2 a 4 (izochorické) ukazují W = 0. Sečti práci všech 4vět pro čistou práci cyklu a porovnej odečet účinnosti cyklu s Carnotovou mezí η_c = 1 − 300/600 = 0.5.
  2. Surová účinnost tohoto cyklu (bez ideálního regenerátoru vracíjícího teplo izochorických vět) zůstává pod 0.5. Vysvětli pomocí prvního zákona, proč teplo vyhozené během izochorické chladicí věty představuje energii, kterou jednoduchý stroj nevrací.

5 · Rozšiř

  1. Skutečný Stirlingův motor používá regenerátor — síťku, která ukládá teplo uvolněné během izochorického chlazení a vrací ho během izochorického ohřevu. Vysvětli, proč dokonalý regenerátor by dovolil tomuto cyklu přiblížit se Carnotově účinnosti i bez adiabatickýchvět.
  2. Stirlingovy motory jsou ceněny, že běží na libovolný externí zdroj tepla (sluneční, odpadní teplo, i teplotní rozdíly ve vesmíru), místo aby vyžadovaly vnitřní spalování. Proč by mohl být uzavřený cyklus s externím ohřevem přitažlivý pro tyto aplikace?

Fyzika za tímto experimentem

Carnotova mez účinnosti cyklu

Žádný cyklus pracující mezi teplotami Tc a Th — včetně Stirlingova — nemůže překročit Carnotovu účinnost η_c = 1 − Tc/Th. Skutečný (neregenerovaný) Stirlingův cyklus této meze nedosahuje, protože vyhazuje nevrácené teplo během izochorické chladicí věty.

← Zpět na experiment

Termodynamika

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky