Termodünaamika

Stirlingi tsükkel

Kaks isotermi + kaks isohoori regeneratsiooniga.

Stirlingi tsükkel — interaktiivne Termodünaamika simulatsioon. Kaks isotermi + kaks isohoori regeneratsiooniga. Tasuta veebilehitseja virtuaalne füüsikalabor elavate SI mõõtmiste ja juhendatud õpetusega.

Stirlingi tsükkel

Kaks isotermi + kaks isohoori regeneratsiooniga.

Stirlingi tsükkel kasutab regeneraatorit, et konstantse ruumala sammudel soojust salvestada ja hiljem tagasi anda, lähenedes ideaaldisainis Carnot' sarnasele tulemusele. Päris Stirlingi mootorid vahetavad keerukuse vaiksema töö ja paindlike soojusallikate vastu.

• Kaks isotermi + regeneratsioon
• η_Carnot ideaalpiiril

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

Stirlingi tsükkel kasutab 2 isoteremilist ja 2 isohoorilist takti, adiaabaatilisi taktid pole üldse. Tema kasutegur saab põhimõtteliselt Carnot’ väärtusele vastama, kui täiuslik „regeneraator“ taaskasutab soojust isohooriliste taktide vahel. Ilma ideaalse regeneraatorita, kas jääb sinu mõõdetud lihtsa tsükli kasutegur Carnot’ piirist allapoole?

Kaalutavad ennustused

• Jah — ilma regeneraatorita on selle tsükli toorkasutegur alla Carnot' piiri samade kahe reservuaari temperatuuri jaoks.
• Kasutegur võrdub täpselt Carnot' piiriga sõltumata regeneratsioonist.
• Kasutegur ületab Carnot' piiri.

Muutujate rollid

Mida sina sead:

• Takti number

Mida sa mõõdad:

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

Kuidas uurimustöö käib

1. Ava Stirlingi tsükli eelseadistus ja vajuta Lähtesta. 1 mol argooni tsüklitseb 600 K ja 300 K vahel, kasutades ainult isoteremilisi ja isohoorilisi takti.
2. Lülita sisse taktide kaupa töö näit ja tsükli kasuteguri näit.
3. Loe tsükli iga takti (1 kuni 4) jaoks välja takti sihtruumala ja gaasi poolt selles taktis tehtud töö.

Juhtiv võrrand

Carnot' piir tsükli kasutegurile — η_c = 1 − Tc / Th

Ükski tsükkel, mis töötab temperatuuride Tc ja Th vahel — kaasa arvatud Stirling — ei saa ületada Carnot' kasutegurit η_c = 1 − Tc/Th. Päris (mitte-regenereeritud) Stirlingi tsükkel jääb sellest piirist maha, sest ta viskab taastamata soojust välja oma isohoorilise jahutuse takti jooksul.

Mida prinditav tööleht õpilastelt välja küsib

• Kinnita, et taktid 2 ja 4 (isohoorilised) näitavad W = 0. Liida kõigi 4 takti tööd neto tsüklitööks ja võrdle tsükli kasuteguri näitu Carnot' piiriga η_c = 1 − 300/600 = 0.5.
• Selle tsükli toorkasutegur (ilma ideaalse regeneraatorita, kes isohooriliste taktide soojust tagasi võtaks) jääb alla 0,5. Selgita esimese seaduse abil, miks isohoorilise jahutuse takti jooksul välja visatud soojus on energia, mida lihtne masin tagasi ei võta.

Kus see laborist kaugemale ilmneb

• Päris Stirlingi mootor kasutab regeneraatorit — võrk, mis salvestab isohoorilise jahutuse ajal vabanevat soojust ja tagastab selle isohoorilise soojendamise ajal. Selgita, miks täiuslik regeneraator laseks sellel tsüklil Carnot’ kasutegurile läheneda isegi ilma adiaabaatiliste taktideta.
• Stirlingi mootoreid hinnatakse selle eest, et nad töötavad mis tahes välise soojusallikaga (päikese-, jäätsoojus, isegi temperatuurierinevused kosmoses) pigem kui nõuaksid sisepõlemist. Miks võiks suletud tsükliga mootor välise soojendusega olla nende rakenduste jaoks atraktiivne?

• 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 Stirlingi tsükli juurde
2. Vali kamber
3. Vajuta Esita
4. Regeneratiivne tsükkel
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