Otto tsükkel: bensiinimootori idealiseeritud mudel

1 · Ennusta

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?

2 · Seadista

  1. 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.
  2. Lülita sisse taktide kaupa töö ja soojuse näidud.
  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. Märgi, millised taktid on konstantse ruumalaga (vertikaalsed) lõigud, ja kinnita, et sinu töönäidud on seal 0.

4 · Analüüsi

  1. 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.
  2. Selle tsükli netotöö on positiivne, kuigi pool tema taktidest teeb nulltööd. Selgita, kuidas kaks adiaabaatilist takti üksi suudavad anda positiivse neto väljundtöö.

5 · Laienda

  1. 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.
  2. 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?

Selle eksperimendi füüsika

Otto tsükli kasutegur

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.

← Tagasi eksperimendi juurde

Termodünaamika

138 tasuta prinditavat füüsika töölehte