Termodinámica
Ciclo Stirling
Dos isotermas + dos isocóricas (sin regenerador modelado).
Ciclo Stirling — simulación interactiva de Termodinámica. Dos isotermas + dos isocóricas (sin regenerador modelado). Laboratorio virtual de física gratuito en el navegador con mediciones SI en vivo y un tutorial guiado.
Ciclo Stirling
Dos isotermas + dos isocóricas (sin regenerador modelado).
El ciclo Stirling usa un regenerador para almacenar calor durante los pasos a volumen constante y devolverlo después, acercándose a un rendimiento similar al de Carnot en un diseño ideal. Los motores Stirling reales cambian complejidad por un funcionamiento más silencioso y fuentes de calor flexibles.
- Dos isotermas + dos isocóricas (sin regenerador modelado)
- η_Carnot en límite ideal
Resumen de la investigación
Planifica la pregunta antes de abrir el laboratorio
El resumen refleja la página prerenderizada: la pregunta guía, las predicciones contrapuestas, los roles de las variables, las leyes que rigen, la preparación y las indicaciones de análisis y extensión permanecen visibles y en este orden.
Pregunta guía
El ciclo Stirling utiliza 2 tramos isotérmicos y 2 tramos isocóricos, sin ningún tramo adiabático. En principio, su eficiencia puede igualar el valor de Carnot si un «regenerador» perfecto recicla el calor entre los tramos isocóricos. Sin un regenerador ideal, ¿la eficiencia del ciclo simple que usted mide se queda corta respecto al límite de Carnot?
Predicciones a evaluar
- Sí: sin un regenerador, la eficiencia bruta de este ciclo está por debajo del límite de Carnot para las mismas dos temperaturas de depósito.
- La eficiencia es exactamente igual al límite de Carnot independientemente de la regeneración.
- La eficiencia excede el límite de Carnot.
Roles de las variables
Lo que configuraste:
- Número de tramo
Lo que mides:
- Volumen objetivo del tramo V (L)
- Trabajo realizado por el gas en este tramo (J)
Cómo se desarrolla la investigación
- Abra el preajuste del ciclo Stirling y presione Restablecer. 1 mol de ciclos de argón entre 600 K y 300 K utilizando únicamente tramos isotérmicos e isocóricos.
- Habilite la lectura de trabajo por tramo y la lectura de eficiencia del ciclo.
- Para cada tramo del ciclo (1 a 4), lea el volumen objetivo del tramo y el trabajo realizado por el gas durante ese tramo.
Ecuación rectora
Límite de Carnot para la eficiencia del ciclo — η_c = 1 − Tc / Th
Ningún ciclo que funcione entre las temperaturas Tc y Th (incluido Stirling) puede exceder la eficiencia de Carnot η_c = 1 − Tc/Th. Un ciclo Stirling real (no regenerado) no alcanza este límite porque vierte calor no recuperado durante su tramo de enfriamiento isocórico.
Lo que la hoja de trabajo imprimible les pide a los estudiantes que resuelvan
- Confirme que los tramos 2 y 4 (isocóricos) muestran W = 0. Sume el trabajo de los 4 tramos para obtener el trabajo neto del ciclo y compare la lectura de eficiencia del ciclo con el límite de Carnot η_c = 1 − 300/600 = 0.5.
- La eficiencia bruta de este ciclo (sin un regenerador ideal que recupere el calor de los tramos isocóricos) se mantiene por debajo de 0.5. Explique, utilizando la contabilidad de entalpía de los tramos, a dónde va la eficiencia que falta.
Dónde aparece esto más allá del laboratorio
- Un motor Stirling real utiliza un regenerador, una malla que almacena el calor liberado durante el enfriamiento isocórico y lo devuelve durante el calentamiento isocórico. Explique por qué un regenerador perfecto permitiría que este ciclo se acercara a la eficiencia de Carnot incluso sin tramos adiabáticos.
- Los motores Stirling son apreciados por funcionar con cualquier fuente de calor externa (solar, calor residual, incluso diferencias de temperatura en el espacio) en lugar de requerir combustión interna. ¿Por qué podría resultar atractivo para esas aplicaciones un motor de ciclo cerrado con calefacción externa?
- 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
- Bienvenido al ciclo Stirling
- Selecciona la cámara
- Pulsa Reproducir
- Ciclo regenerativo
- Abre el panel de propiedades
- ¡Lo lograste!
Abre la simulación interactiva para construir la escena, presiona Play y explora con mediciones en tiempo real y un tutorial guiado.
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Motores térmicos y eficiencia de Carnot