Otto-processen: En benzinmotors idealiserede model

1 · Forudsig

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?

• 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.

2 · Opsætning

1. 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.
2. Slå aflæsningerne af arbejde og varme pr. trin til.
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 for alle 4 trin. Markér, hvilke trin der er de lodrette segmenter med konstant volumen, og bekræft, at dine arbejdsaflæsninger er 0 dér.

4 · Analysér

1. 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.
2. 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.

5 · Udvid

1. 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.
2. 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?

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark