Termodünaamika

Külmik (pööratud Carnot’)

Käi tagurpidi: sisenev töö pumpab soojust külmast kuumaks (COP = Tc/(Th−Tc)).

Külmik (pööratud Carnot’) — interaktiivne Termodünaamika simulatsioon. Käi tagurpidi: sisenev töö pumpab soojust külmast kuumaks (COP = Tc/(Th−Tc)). Tasuta veebilehitseja virtuaalne füüsikalabor elavate SI mõõtmiste ja juhendatud õpetusega.

Külmiku COP

Käi tagurpidi: sisenev töö pumpab soojust külmal→kuumaks (COP = Tc/(Th−Tc)).

Külmik on tagurpidi käiv soojusmasin: elektritöö ajab soojust külmasisemusest sooja tuppa. Kasutegur COP = Q_c/W võib ületada 1, sest pumbatud soojus on suurem kui antud töö — erinevalt tõhususest, mis on alati ≤ 1.

• COP = T_c/(T_h−T_c)
• Töö sisend

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' tsükli tagurpidi jooksutamine muudab masina külmikuks — netotöö läheb SISSE pigem kui välja tulema. Kas gaas neelab ikka veel soojust külma reservuaarist, nagu päris külmik tõmbab soojust oma sisemusest välja?

Kaalutavad ennustused

• Ei — tsükli pööramine pöörab ka selle, milline reservuaar soojust neelab.
• Pööratud tsükkel ei vaheta soojust kumagi reservuaariga.
• Jah — pööratud tsükkel neelab soojust külimalt ja jätab rohkem soojust kuumale poole, kasutades selleks sisenevat tööd.

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’ külmiku eelseadistus ja vajuta Lähtesta. Samad 4 takti kui Carnot’ tsükli eksperimendis jooksevad pööratud järjekorras.
2. Lülita sisse taktide kaupa töö näit ning jahutuse/kütte COP näidud.
3. Loe tsükli iga takti (1 kuni 4) jaoks välja takti sihtruumala ja gaasi poolt selles taktis tehtud töö.

Juhtiv võrrand

Külmiku jahutusfaktor — COP = Tc / (Th − Tc)

Pööratud Carnot' tsükli jahutusnäitajat mõõdab COP_cool = Tc/(Th − Tc): kui palju soojust eemaldatakse külmaruumist ühe tööühiku kohta. Väiksemad temperatuurierinevused annavad parema (kõrgema) COP-i.

Mida prinditav tööleht õpilastelt välja küsib

• Liida oma 4 takti tööväärtused — kogusumma (gaasi POOLT tehtud netotöö) peaks tulema negatiivne, mis tähendab, et gaasile TULEB netotööd juurde anda. Arvuta jahutuse COP = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 ja kütte COP = Th/(Th − Tc) = 2.0.
• Võrdle taktide järjekorda siin Carnot’ tsükli eksperimendi taktide järjekorraga. Selgita, kuidas lihtsalt samade 4 takti järjestuse pööramine muudab tsükli masinast (netotöö välja) külmikuks (netotöö sisse).

Kus see laborist kaugemale ilmneb

• Jahutus-COP 1,0 tähendab, et külmik liigutab 1 J soojust külmaruumist välja iga 1 J antud töö kohta. Kütte-COP 2,0 (soojuspumbarežiim) tähendab, et ta annab 2 J soojust soojaruumi 1 J töö kohta. Selgita, miks COP_heat on alati täpselt 1 võrra suurem kui COP_cool samade reservuaaride korral.
• Erinevalt masina kasutegurist (alati ≤ 1) võib COP ületada 1 — see ei riku energia jäävust. Selgita, miks COP > 1 on võimalik: täiendav antav energia pärineb jahutatavast reservuaarist, mitte ei teki mitte millestki.

• 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' külmiku juurde
2. Vali kamber
3. Vajuta Esita
4. Külmiku COP
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