Termodünaamika
Otto tsükkel
Bensiinimootori tsükkel: kaks adiaabaati + kaks isohoori.
Otto tsükkel — interaktiivne Termodünaamika simulatsioon. Bensiinimootori tsükkel: kaks adiaabaati + kaks isohoori. Tasuta veebilehitseja virtuaalne füüsikalabor elavate SI mõõtmiste ja juhendatud õpetusega.
Otto tsükkel
Bensiinimootori tsükkel: kaks adiaabaati + kaks isohoori.
Otto tsükkel modelleerib süütmootorit: kiire põlemine peaaegu konstantse ruumalaga tõstab rõhku, järgneb adiaabaatiline laienemine tööd tehes, siis väljaheide konstantsel ruumalal. Ta on Carnot'st vähem tõhus samadel temperatuuriäärtel, sest soojust lisandub muutuval temperatuuril.
- η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
- Bensiinimootor
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
Otto tsükkel (adiaabaatiline kokkusurumine, isohooriline soojendamine, adiaabaatiline paisumine, isohooriline jahutamine) modelleerib bensiinimootorit. Erinevalt Carnot' tsüklist on kaks tema takti konstantse ruumalaga pigem kui konstantse temperatuuriga. Kas nende konstantse ruumalaga taktide jooksul gaas tööd teeb?
Kaalutavad ennustused
- Tööd tehakse ikkagi, sest rõhk muutub nende taktide jooksul.
- Konstantse ruumalaga taktid teevad negatiivset tööd.
- Konstantse ruumalaga taktide jooksul tööd ei tehta, sest W = PΔV ja ΔV = 0.
Muutujate rollid
Mida sina sead:
- Takti number
Mida sa mõõdad:
- Takti sihtruumala V (L)
- Gaasi töö selles taktis (J)
Kuidas uurimustöö käib
- Ava Otto tsükli eelseadistus ja vajuta Lähtesta. 1 mol lämmastikku (f = 5) surutakse kokku 0,04 m³-lt 0,01 m³-le, seejärel soojeneb konstantsel ruumalal 900 K-ni.
- Lülita sisse taktide kaupa töö ja soojuse näidud.
- Loe tsükli iga takti (1 kuni 4) jaoks välja takti sihtruumala ja gaasi poolt selles taktis tehtud töö.
Juhtiv võrrand
Otto tsükli kasutegur — η = W / Qin
Idealiseeritud Otto tsükli korral sõltub kasutegur ainult surveastmest r = V₁/V₂ ja gaasi soojusmahtuvuste suhtest γ: η = 1 − 1/r^(γ−1). Kõrgemad surveastmed annavad kõrgema kasuteguri.
Mida prinditav tööleht õpilastelt välja küsib
- Kinnita, et taktid 2 ja 4 (isohoorilised) näitavad sinu tabelis W = 0, samas kui taktid 1 ja 3 (adiaabaatilised) näitavad nullist erinevat tööd. Arvuta surveaste r = V₁/V₂ = 4 ja tsükli kasutegur η = 1 − 1/r^(γ−1), kasutades γ = 1.4.
- Selle tsükli netotöö on positiivne, kuigi pool tema taktidest teeb nulltööd. Selgita, kuidas kaks adiaabaatilist takti üksi suudavad anda positiivse neto väljundtöö.
Kus see laborist kaugemale ilmneb
- Päris bensiinimootorid on piiratud surveastmetega umbes 10–12 (kõrgemad astmed põhjustavad eelsüütust/kopsumist). Kasutades η = 1 − 1/r^(γ−1), selgita, miks mootorikonstruktorid taotlevad võimalusel kõrgemaid surveastmeid.
- Diiselmootor kasutab teistsugust tsüklit (isohoorilise soojendamise asemel isobaariline), aga sarnast adiaabaatilise kokkusurumise ideed. Mõlemad tuginevad adiaabaatilistele taktidele, et muuta kokkusurumistöö kõrgemateks temperatuurideks. Miks on soojuskao minimeerimine kokkusurumise ajal mõlema disaini jaoks tähtis?
- 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
- Tere tulemast Otto tsükli juurde
- Vali kamber
- Vajuta Esita
- Bensiinimootori tsükkel
- Ava Omaduste paneel
- Said hakkama!
Ava interaktiivne simulatsioon, et stseen ehitada, Esita vajutada ja uurida elavate mõõtmiste ning juhendatud õpetusega.
Soojusmasinad ja Carnot' kasutegur