Den omvendte Carnot-proces: Et køleskab

1 · Forudsig

Når Carnot-processen køres baglæns, bliver motoren til et køleskab — nettoarbejdet går IND i stedet for ud. Optager gassen stadig varme fra det kolde reservoir, som et rigtigt køleskab, der trækker varme ud af sit indre?

• Nej — at vende kredsprocessen vender også, hvilket reservoir der optager varme.
• En omvendt kredsproces udveksler ikke varme med noget af reservoirerne.
• Ja — den omvendte kredsproces optager varme fra den kolde side og afgiver mere varme til den varme side ved hjælp af det tilførte arbejde.

2 · Opsætning

1. Åbn forudstillingen carnot-fridge, og tryk på Nulstil. De samme 4 trin som i carnot-cycle køres i omvendt rækkefølge.
2. Slå aflæsningen af arbejde pr. trin til samt aflæsningerne af køle-/varme-COP.
3. Aflæs for hvert trin i kredsprocessen (1 til 4) trinnets målvolumen og det arbejde, gassen udfører under trinnet.

3 · Saml data

Skitsér P-V-diagrammet, og gennemløb trinnene i rækkefølge. Sammenlign gennemløbsretningen (med uret eller mod uret) med carnot-cycle-eksperimentets diagram.

4 · Analysér

1. Læg dine 4 trins arbejdsværdier sammen — totalen (nettoarbejde udført AF gassen) bør blive negativ, hvilket betyder, at der skal tilføres nettoarbejde TIL gassen. Beregn køle-nyttetallet COP = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 og varme-nyttetallet COP = Th/(Th − Tc) = 2.0.
2. Sammenlign trinrækkefølgen her med carnot-cycles trinrækkefølge. Forklar, hvordan det alene, at de samme 4 trin gennemløbes i omvendt rækkefølge, forvandler kredsprocessen fra en motor (nettoarbejde ud) til et køleskab (nettoarbejde ind).

5 · Udvid

1. Et køle-COP på 1.0 betyder, at køleskabet flytter 1 J varme ud af det kolde rum pr. 1 J tilført arbejde. Et varme-COP på 2.0 (varmepumpetilstand) betyder, at det afgiver 2 J varme til det varme rum pr. 1 J arbejde. Forklar, hvorfor COP_heat altid er præcis 1 større end COP_cool for de samme reservoirer.
2. I modsætning til motorvirkningsgrad (altid ≤ 1) kan COP overstige 1 — det er ikke en krænkelse af energibevarelse. Forklar, hvorfor COP > 1 er muligt: den ekstra energi, der afgives, kommer fra reservoiret, der køles, ikke skabt ud af ingenting.

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark