Stirlingi tsükkel: isoteremilised taktid regeneratsiooniga

1 · Ennusta

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?

2 · Seadista

  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.

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 2 isoteremilist (kõverat) ja 2 isohoorilist (vertikaalset) lõiku.

4 · Analüüsi

  1. 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.
  2. 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.

5 · Laienda

  1. 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.
  2. 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?

Selle eksperimendi füüsika

Carnot' piir tsükli kasutegurile

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.

← Tagasi eksperimendi juurde

Termodünaamika

138 tasuta prinditavat füüsika töölehte