Carnot' tsükkel: suurim võimalik masina kasutegur

1 · Ennusta

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?

2 · Seadista

  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.

3 · Kogu andmeid

Takti numberTakti sihtruumala V (L)Gaasi töö selles taktis (J)
1
2
3
4

Visanda kõigi 4 takti jaoks P-V diagramm, märkides, kas iga takt on isoteremiline või adiaabaatiline ja kas gaas teeb positiivset või negatiivset tööd.

4 · Analüüsi

  1. 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.
  2. 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.

5 · Laienda

  1. 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.
  2. 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.

Selle eksperimendi füüsika

Carnot’ kasutegur

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.

← Tagasi eksperimendi juurde

Termodünaamika

138 tasuta prinditavat füüsika töölehte