Ο αντιστραμμένος κύκλος Carnot: Ένα ψυγείο

1 · Πρόβλεψε

Η λειτουργία του κύκλου Carnot προς τα πίσω μετατρέπει μηχανή σε ψυγείο — καθαρό έργο ΜΠΑΙΝΕΙ αντί να βγαίνει. Απορροφά το αέριο ακόμη θερμότητα από την κρύα δεξαμενή, όπως πραγματικό ψυγείο τραβά θερμότητα από το εσωτερικό του;

• Όχι — η αντιστροφή του κύκλου αντιστρέφει επίσης ποια δεξαμενή απορροφά θερμότητα.
• Αντιστραμμένος κύκλος δεν ανταλλάσσει θερμότητα με καμία δεξαμενή.
• Ναι — ο αντιστραμμένος κύκλος απορροφά θερμότητα από την κρύα πλευρά και αποθέτει περισσότερη θερμότητα στη ζεστή πλευρά, χρησιμοποιώντας το έργο εισόδου για να το κάνει.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή carnot-fridge και πάτησε Επαναφορά. Τα ίδια 4 σκέλη με τον carnot-cycle τρέχουν σε αντίστροφη σειρά.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη έργου ανά σκέλος, και τις ενδείξεις COP ψύξης/θέρμανσης.
3. Για κάθε σκέλος του κύκλου (1 έως 4), διάβασε τον όγκο-στόχο του σκέλους και το έργο που παρήγαγε το αέριο κατά αυτό το σκέλος.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Σκίτσαρε το διάγραμμα P-V, χαράσσοντας τα σκέλη με τη σειρά. Σύγκρινε τη διεύθυνση πορείας (δεξιόστροφη ή αριστερόστροφη) με το διάγραμμα του πειράματος carnot-cycle.

4 · Ανάλυση

1. Άθροισε τις τιμές έργου των 4 σκέλων σου — το σύνολο (καθαρό έργο ΑΠΟ το αέριο) πρέπει να βγει αρνητικό, σημαίνοντας ότι καθαρό έργο πρέπει να παρέχεται ΣΤΟ αέριο. Υπολόγισε το COP ψύξης = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 και το COP θέρμανσης = Th/(Th − Tc) = 2.0.
2. Σύγκρινε τη σειρά σκελών εδώ με τη σειρά σκελών του carnot-cycle. Εξήγησε πώς η απλή αντιστροφή της σειράς των ίδιων 4 σκελών γυρνά τον κύκλο από μηχανή (καθαρό έργο έξω) σε ψυγείο (καθαρό έργο μέσα).

5 · Επέκταση

1. COP ψύξης 1.0 σημαίνει ότι το ψυγείο μετακινεί 1 J θερμότητας έξω από τον κρύο χώρο για κάθε 1 J έργου που παρέχεται. COP θέρμανσης 2.0 (λειτουργία αντλίας θερμότητας) σημαίνει ότι παραδίδει 2 J θερμότητας στον ζεστό χώρο ανά 1 J έργου. Εξήγησε γιατί το COP_heat είναι πάντα ακριβώς 1 περισσότερο από το COP_cool για τις ίδιες δεξαμενές.
2. Σε αντίθεση με την απόδοση μηχανής (πάντα ≤ 1), το COP μπορεί να υπερβεί το 1 — δεν πρόκειται για παραβίαση της διατήρησης ενέργειας. Εξήγησε γιατί είναι δυνατό COP > 1: η επιπλέον παραδιδόμενη ενέργεια προέρχεται από τη δεξαμενή που ψύχεται, δεν δημιουργείται από το τίποτα.

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής