Thermodynamik
Carnot-Kreisprozess
Der effizienteste Kreisprozess: η = 1 − Tc/Th.
Carnot-Kreisprozess — interaktive Thermodynamik-Simulation. Der effizienteste Kreisprozess: η = 1 − Tc/Th. Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
Carnot-Wirkungsgrad
Der effizienteste Kreisprozess: η = 1 − Tc/Th.
Eine Carnot-Maschine arbeitet reversibel zwischen zwei Reservoirs. Jeder Schritt ist entweder isotherm (Wärmeaustausch bei fester Temperatur T) oder adiabatisch (kein Wärmeaustausch). Keine reale Maschine kann diesen Wirkungsgrad übertreffen, da Irreversibilität nutzbare Energie als Entropieproduktion verschwendet.
- η = 1 − T_c/T_h
- Maximales η
Untersuchungsbericht
Planen Sie die Frage, bevor Sie das Labor öffnen
Das Briefing entspricht der vorgerenderten Seite: Leitfrage, konkurrierende Vorhersagen, Variablenrollen, maßgebliche Gesetze, Aufbau sowie Analyse- und Erweiterungsaufgaben bleiben sichtbar und in dieser Reihenfolge.
Fahrfrage
Eine Carnot-Maschine führt Gas durch 4 Teilschritte (isotherme Expansion, adiabatische Expansion, isotherme Kompression, adiabatische Kompression) zurück in den Ausgangszustand. Ändert sich die innere Energie des Gases über einen vollständigen Zyklus?
Vorhersagen zum Abwägen
- Die innere Energie nimmt im Verlauf des Zyklus zu, da das Gas insgesamt positive Arbeit leistet.
- Die innere Energie kehrt zu ihrem Ausgangswert zurück – eine Nettoveränderung von Null über einen geschlossenen Zyklus.
- Die innere Energie nimmt im Laufe des Zyklus ab.
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Teilschrittnummer
Was Sie messen:
- Zielvolumen des Teilschritts V (L)
- Vom Gas in diesem Teilschritt geleistete Arbeit (J)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie das Preset „Carnot-Kreisprozess“ und drücken Sie Zurücksetzen. 1 mol Argon (f = 3) durchläuft einen Kreisprozess zwischen einem 600-K-Wärmereservoir und einem 300-K-Kältereservoir.
- Aktivieren Sie die Arbeitsanzeige pro Teilschritt.
- Lesen Sie für jeden Abschnitt des Zyklus (1 bis 4) das Zielvolumen des Abschnitts und die vom Gas während dieses Abschnitts geleistete Arbeit ab.
Maßgebende Gleichung
Carnot-Effizienz — η_c = 1 − Tc / Th
Der maximal mögliche Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine, die zwischen einem heißen Reservoir Th und einem kalten Reservoir Tc arbeitet, hängt nur von ihrem Temperaturverhältnis ab: η_c = 1 − Tc/Th.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Addieren Sie die Arbeitswerte Ihrer 4 legs. Vergleichen Sie die Summe mit nR(Th − Tc)·ln(2) (ungefähr für die Volumenverhältnisse dieses Zyklus) und vergleichen Sie die Effizienz des Zyklus η = W_net/Qin mit dem Carnot-Wert η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300/600 = 0.5.
- Zwei Teilschritte haben positive Arbeit (Ausdehnung) und zwei haben negative Arbeit (Kompression). Erklären Sie, warum die *Nettoarbeit* über den gesamten Zyklus immer noch positiv ist, sodass es sich eher um eine Wärmekraftmaschine als um eine Nichtstun-Schleife handelt.
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Kein realer Motor, der zwischen denselben beiden Reservoirtemperaturen betrieben wird, kann den Carnot-Wirkungsgrad übertreffen. Erklären Sie mit η_c = 1 − Tc/Th, warum ein Motor nur dann einen Wirkungsgrad von 100 % erreichen kann, wenn Tc = 0 K – physikalisch nicht erreichbar.
- Der Carnot-Zyklus besteht vollständig aus reversiblen Schritten (isotherm und adiabatisch, beide idealisiert als unendlich langsam). Erklären Sie, warum ein echter Motor, der zwangsläufig Reibung und Wärmeübertragung mit endlicher Geschwindigkeit aufweist, diesen idealen Wirkungsgrad nie ganz erreichen kann.
- 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
- Willkommen beim Carnot-Kreisprozess
- Kammer auswählen
- Abspielen drücken
- Maximaler Wirkungsgrad
- Inspektor öffnen
- Geschafft!
Öffnen Sie die interaktive Simulation, um die Szene aufzubauen, drücken Sie auf Play und erkunden Sie sie mit Live-Messungen und einem geführten Tutorial.
Wärmekraftmaschinen & Carnot-Wirkungsgrad