Ο κύκλος Otto: Ιδανικοποιημένο μοντέλο βενζινομηχανής

1 · Πρόβλεψε

Ο κύκλος Otto (αδιαβατική συμπίεση, ισόχωρη θέρμανση, αδιαβατική διαστολή, ισόχωρη ψύξη) μοντελοποιεί βενζινομηχανή. Σε αντίθεση με τον κύκλο Carnot, δύο από τα σκέλη του είναι σε σταθερό όγκο αντί σταθερή θερμοκρασία. Κατά εκείνα τα ισόχωρα σκέλη, παράγει το αέριο κάποιο έργο;

• Έργο εξακολουθεί να παράγεται επειδή η πίεση αλλάζει κατά εκείνα τα σκέλη.
• Τα ισόχωρα σκέλη παράγουν αρνητικό έργο.
• Κανένα έργο δεν παράγεται κατά τα ισόχωρα σκέλη, αφού W = PΔV και ΔV = 0.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή otto-cycle και πάτησε Επαναφορά. 1 mol αζώτου (f = 5) συμπιέζεται από 0.04 m³ σε 0.01 m³, και μετά θερμαίνεται σε σταθερό όγκο έως 900 K.
2. Ενεργοποίησε τις ενδείξεις έργου και θερμότητας ανά σκέλος.
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 για και τα 4 σκέλη. Σημείωσε ποια σκέλη είναι τα ισόχωρα (κατακόρυφα) τμήματα και επιβεβαίωσε ότι οι ενδείξεις έργου σου είναι 0 εκεί.

4 · Ανάλυση

1. Επιβεβαίωσε ότι τα σκέλη 2 και 4 (τα ισόχωρα) δείχνουν W = 0 στον πίνακά σου, ενώ τα σκέλη 1 και 3 (αδιαβατικά) δείχνουν μη μηδενικό έργο. Υπολόγισε τον λόγο συμπίεσης r = V₁/V₂ = 4 και την απόδοση κύκλου η = 1 − 1/r^(γ−1) χρησιμοποιώντας γ = 1.4.
2. Το καθαρό έργο αυτού του κύκλου είναι θετικό παρότι τα μισά σκέλη του παράγουν μηδενικό έργο. Εξήγησε πώς τα δύο αδιαβατικά σκέλη μόνα τους μπορούν να παράγουν καθαρή θετική έξοδο έργου.

5 · Επέκταση

1. Οι πραγματικές βενζινομηχανές περιορίζονται σε λόγους συμπίεσης γύρω στο 10-12 (υψηλότεροι λόγοι προκαλούν πρόωρη ανάφλεξη/χτύπημα). Χρησιμοποιώντας η = 1 − 1/r^(γ−1), εξήγησε γιατί οι σχεδιαστές μηχανών ωθούν προς υψηλότερους λόγους συμπίεσης όποτε είναι δυνατό.
2. Μια πετρελαιομηχανή χρησιμοποιεί διαφορετικό κύκλο (ισοβαρή θέρμανση αντί ισόχωρη) αλλά παρόμοια ιδέα αδιαβατικής συμπίεσης. Και οι δύο βασίζονται σε αδιαβατικά σκέλη για να μετατρέψουν έργο συμπίεσης σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Γιατί η ελαχιστοποίηση απώλειας θερμότητας κατά τη συμπίεση είναι σημαντική και για τα δύο σχεδιασμούς;

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής