Termodünaamika

Carnot’ tsükkel

Kõige tõhusam tsükkel: η = 1 − Tc/Th.

Carnot’ tsükkel — interaktiivne Termodünaamika simulatsioon. Kõige tõhusam tsükkel: η = 1 − Tc/Th. Tasuta veebilehitseja virtuaalne füüsikalabor elavate SI mõõtmiste ja juhendatud õpetusega.

Carnot’ kasutegur

Kõige tõhusam tsükkel: η = 1 − Tc/Th.

Carnot' masin töötab pöörduvalt kahe reservuaari vahel. Iga sammas on kas isotermiline (soojusvahetus fikseeritud T-l) või adiaabaatiline (ilma soojuseta). Ükski päris masin ei saa seda tõhusust ületada, sest pöördumatus raiskab kasulikku energiat entroopia tootmiseks.

• η = 1 − T_c/T_h
• Maksimaalne η

Uurimise kokkuvõte

Planeeri küsimus enne labori avamist

Kokkuvõte peegeldab eelrenderdatud lehte: juhtküsimus, konkureerivad ennustused, muutujate rollid, juhtivad seadused, seadistus, analüüs ja laiendusärgitused jäävad nähtavale ja selles järjekorras.

Juhtküsimus

Carnot' masin viib gaasi läbi 4 takti (isoteremiline paisumine, adiaabaatiline paisumine, isoteremiline kokkusurumine, adiaabaatiline kokkusurumine) tagasi alglukku. Kas gaasi sisemine energia muutub ühe täistsükli jooksul?

Kaalutavad ennustused

• Sisemine energia kasvab tsükli jooksul, sest gaas teeb positiivset netotööd.
• Sisemine energia naaseb algväärtusele — suletud tsükli üle netomuutus null.
• Sisemine energia kahaneb tsükli jooksul.

Muutujate rollid

Mida sina sead:

• Takti number

Mida sa mõõdad:

• Takti sihtruumala V (L)
• Gaasi töö selles taktis (J)

Kuidas uurimustöö käib

1. Ava Carnot' tsükli eelseadistus ja vajuta Lähtesta. 1 mol argooni (f = 3) tsüklitseb 600 K kuuma reservuaari ja 300 K külma reservuaari vahel.
2. Lülita sisse taktide kaupa töö näit.
3. Loe tsükli iga takti (1 kuni 4) jaoks välja takti sihtruumala ja gaasi poolt selles taktis tehtud töö.

Juhtiv võrrand

Carnot’ kasutegur — η_c = 1 − Tc / Th

Suurim võimalik kasutegur mis tahes soojusmasinal, mis töötab kuuma reservuaari Th ja külma reservuaari Tc vahel, sõltub ainult nende temperatuuride suhtest: η_c = 1 − Tc/Th.

Mida prinditav tööleht õpilastelt välja küsib

• Liida oma 4 takti tööväärtused. Võrdle kogusummat nR(Th − Tc)·ln(2) (ligikaudu, selle tsükli ruumala-suhtarvude jaoks) ja võrdle tsükli kasutegurit η = W_net/Qin Carnot' väärtusega η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300/600 = 0.5.
• Kahel taktil on positiivne töö (paisumine) ja kahel negatiivne (kokkusurumine). Selgita, miks *neto*töö täistsükli üle on ikkagi positiivne, tehes sellest soojusmasina, mitte midagi-tegeva silmuse.

Kus see laborist kaugemale ilmneb

• Ükski päris masin, mis töötab samade kahe reservuaari temperatuuri vahel, ei saa Carnot' kasutegurit ületada. Selgita η_c = 1 − Tc/Th abil, miks masin jõuaks 100 % kasutegurini ainult siis, kui Tc = 0 K — füüsikaliselt kättesaamatu.
• Carnot’ tsükkel on täielikult ehitatud pööratavatest sammudest (isoteremilised ja adiaabaatilised, mõlemad idealiseeritud lõpmata aeglasena). Selgita, miks päris masin, kus on vältimatult hõõrdumine ja lõpliku kiirusega soojusülekanne, ei saa kunagi päriselt sellele ideaalsele kasutegurile jõuda.

• 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

1. Tere tulemast Carnot' tsükli juurde
2. Vali kamber
3. Vajuta Esita
4. Maksimaalne kasutegur
5. Ava Omaduste paneel
6. Said hakkama!

Ava interaktiivne simulatsioon, et stseen ehitada, Esita vajutada ja uurida elavate mõõtmiste ning juhendatud õpetusega.

Ava interaktiivne labor →

Laadi tööleht alla →

Soojusmasinad ja Carnot' kasutegur