Termodinámica
Ciclo Stirling
Dos isotermas + dos isocóricas con regeneración.
Ciclo Stirling — simulación interactiva de Termodinámica. Dos isotermas + dos isocóricas con regeneración. Laboratorio virtual de física gratuito en el navegador con mediciones SI en vivo y un tutorial guiado.
Ciclo Stirling
Dos isotermas + dos isocóricas con regeneración.
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 + regeneración
- η_Carnot en límite ideal
Informe de investigación
Planifique 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 de conducción
El ciclo Stirling utiliza tramos isotérmicos 2 y tramos isocóricos 2 , sin ningún tramo adiabático. En principio, su eficiencia puede igualar el valor de Carnot si un "regenerador" perfecto recicla el calor entre las patas isocóricas. Sin un regenerador ideal, ¿la eficiencia del ciclo simple que usted mide no alcanza el límite de Carnot?
Predicciones para pesar
- Sí, sin un regenerador, la eficiencia bruta de este ciclo está por debajo del límite de Carnot para las mismas dos temperaturas del yacimiento.
- La eficiencia es exactamente igual al límite de Carnot independientemente de la regeneración.
- La eficiencia excede el límite de Carnot.
Roles variables
Lo que configuraste:
- número de pierna
Lo que mides:
- Volumen objetivo de la pierna V (m³)
- Trabajo realizado por gas en esta pierna. (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 pierna y la lectura de eficiencia del ciclo.
- Para cada tramo del ciclo (1 a 4), lea el volumen objetivo de la pierna y el trabajo realizado por el gas durante esa pierna.
Ecuación rectora
Carnot comprometido con 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 las patas 2 y 4 (isocóricas) muestran W = 0. Sume todo el trabajo de 4 legs para 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 las piernas isocóricas) se mantiene por debajo de 0.5. Explique, utilizando la primera ley, por qué el calor vertido durante el tramo de enfriamiento isocórico representa energía que el motor simple no recupera.
¿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 estudio
- ¡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