Termodynamik
Otto-cyklus
Benzinmotorens cyklus: to adiabater + to isokorer.
Otto-cyklus — interaktiv Termodynamik-simulation. Benzinmotorens cyklus: to adiabater + to isokorer. Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.
Otto-cyklus
Benzinmotorens kredsproces: to adiabater + to isokorer.
Otto-processen modellerer en forbrændingsmotor med tændrør: hurtig forbrænding ved næsten konstant volumen hæver trykket, efterfulgt af adiabatisk ekspansion, der udfører arbejde, og derefter udstødning ved konstant volumen. Den er mindre effektiv end Carnot ved samme temperaturekstremer, fordi varmen tilføres ved varierende temperatur.
- η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
- Benzinmotor
Undersøgelsesoplæg
Planlæg spørgsmålet, før du åbner laboratoriet
Resuméet spejler den forhåndsrenderede side: drivende spørgsmål, konkurrerende forudsigelser, variablernes roller, styrende love, opsætning, analyse- og udvidelsesspørgsmål forbliver synlige og i denne rækkefølge.
Drivende spørgsmål
Otto-processen (adiabatisk kompression, isokor opvarmning, adiabatisk ekspansion, isokor køling) er en model for en benzinmotor. I modsætning til Carnot-processen foregår to af dens trin ved konstant volumen frem for konstant temperatur. Udfører gassen arbejde under de to trin med konstant volumen?
Forudsigelser at afveje
- Der udføres stadig arbejde, fordi trykket ændrer sig under disse trin.
- Trinene med konstant volumen udfører negativt arbejde.
- Der udføres intet arbejde under trinene med konstant volumen, da W = PΔV og ΔV = 0.
Variablers roller
Det, du indstiller:
- Trinnummer
Det, du måler:
- Trinnets målvolumen V (m³)
- Arbejde udført af gassen i dette trin (J)
Sådan forløber undersøgelsen
- Åbn forudstillingen otto-cycle, og tryk på Nulstil. 1 mol kvælstof (f = 5) komprimeres fra 0.04 m³ til 0.01 m³ og opvarmes derefter ved konstant volumen til 900 K.
- Slå aflæsningerne af arbejde og varme pr. trin til.
- Aflæs for hvert trin i kredsprocessen (1 til 4) trinnets målvolumen og det arbejde, gassen udfører under trinnet.
Styrende ligning
Virkningsgrad for Otto-cyklus — η = W / Qin
For en idealiseret Otto-proces afhænger virkningsgraden kun af kompressionsforholdet r = V₁/V₂ og gassens varmekapacitetsforhold γ: η = 1 − 1/r^(γ−1). Højere kompressionsforhold giver højere virkningsgrad.
Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud
- Bekræft, at trin 2 og 4 (de isokore trin) viser W = 0 i din tabel, mens trin 1 og 3 (adiabatiske) viser arbejde forskelligt fra nul. Beregn kompressionsforholdet r = V₁/V₂ = 4 og kredsproces-virkningsgraden η = 1 − 1/r^(γ−1) med γ = 1.4.
- Denne kredsprocesses nettoarbejde er positivt, selvom halvdelen af dens trin udfører nul arbejde. Forklar, hvordan de to adiabatiske trin alene kan producere et positivt nettoarbejdsoutput.
Hvor det viser sig uden for laboratoriet
- Virkelige benzinmotorer er begrænset til kompressionsforhold omkring 10-12 (højere forhold giver selvantændelse/knalden). Forklar ud fra η = 1 − 1/r^(γ−1), hvorfor motordesignere stræber efter højere kompressionsforhold, når det er muligt.
- En Dieselmotor bruger en anden kredsproces (isobar opvarmning i stedet for isokor) men samme adiabatiske kompressionsidé. Begge er afhængige af adiabatiske trin for at omdanne kompressionsarbejde til højere temperaturer. Hvorfor er det vigtigt for begge design at minimere varmetab under kompressionen?
- 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
- Velkommen til Otto-processen
- Vælg kammeret
- Tryk på Afspil
- Benzinmotorens kredsproces
- Åbn egenskabspanelet
- Du klarede det!
Åbn den interaktive simulation for at bygge scenen, tryk på Afspil og udforsk med live-målinger og en guidet gennemgang.
Åbn interaktivt laboratorium →
Varmekraftmaskiner og Carnot-virkningsgrad