ترمودینامیک
یخچال (کارنوی معکوس)
معکوس اجرا کنید: کار ورودی گرما را از سرد به گرم میپمپد (COP = Tc/(Th−Tc)).
یخچال (کارنوی معکوس) — شبیهسازی تعاملی ترمودینامیک. معکوس اجرا کنید: کار ورودی گرما را از سرد به گرم میپمپد (COP = Tc/(Th−Tc)). آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
COP یخچال
معکوس اجرا کنید: کار ورودی گرما را از سرد به گرم میپمپد (COP = Tc/(Th−Tc)).
یخچال موتور گرماییای است که معکوس اجرا میشود: کار الکتریکی گرما را از درون سرد به اتاق گرم میراند. ضریب عملکرد COP = Q_c/W میتواند از 1 فراتر رود چون گرمای پمپشده از کار دادهشده بزرگتر است — برخلاف بازده که همیشه ≤ 1 است.
- COP = T_c/(T_h−T_c)
- کار ورودی
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
اجرای معکوس چرخهٔ کارنو، موتور را به یخچال بدل میکند — کار خالص وارد میشود بهجای بیرونآمدن. آیا گاز همچنان از مخزن سرد گرما میگیرد، مثل یخچال واقعی که از درونش گرما بیرون میکشد؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- نه — معکوسکردن چرخه، مخزنِ گیرندهٔ گرما را هم معکوس میکند.
- چرخهٔ معکوس با هیچیک از مخزنها گرما مبادله نمیکند.
- بله — چرخهٔ معکوس از سمت سرد گرما میگیرد و گرمای بیشتری به سمت گرم میریزد، با کارِ ورودی.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- شمارهٔ گام
آنچه اندازه میگیرید:
- حجم هدف گام V (L)
- کار گاز در این گام (J)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیم یخچال کارنو را باز کنید و Reset بزنید. همان 4 گامِ چرخهٔ کارنو، به ترتیب معکوس اجرا میشوند.
- قرائت کارِ هر گام و قرائتهای COP سرمایش/گرمایش را فعال کنید.
- برای هر گام چرخه (1 تا 4)، حجم هدف گام و کارِ گاز در آن گام را بخوانید.
معادلهٔ حاکم
ضریب عملکرد یخچال — COP = Tc / (Th − Tc)
عملکرد سرمایشی چرخهٔ کارنوی وارونه با COP_cool = Tc/(Th − Tc) سنجیده میشود: چه مقدار گرما به ازای هر واحد کارِ دادهشده از فضای سرد بیرون کشیده میشود. شکافهای دمایی کوچکتر COP بهتر (بالاتر) میدهند.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- مقادیر کار 4 گام خود را جمع کنید — مجموع (کار خالص انجامشده توسط گاز) باید منفی درآید، یعنی باید کار خالصی به گاز داده شود. ضریب عملکرد سرمایش COP = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 و ضریب عملکرد گرمایش COP = Th/(Th − Tc) = 2.0 را حساب کنید.
- ترتیب گامها را اینجا با ترتیب چرخهٔ کارنو مقایسه کنید. توضیح دهید چگونه صرفاً معکوسکردن توالی همان 4 گام، چرخه را از موتور (کار خالص بیرونی) به یخچال (کار خالص ورودی) برمیگرداند.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- ضریب عملکرد سرمایشی 1.0 یعنی یخچال به ازای هر 1 ژول کار دادهشده، 1 ژول گرما از فضای سرد بیرون میبرد. ضریب عملکرد گرمایشی 2.0 (حالت پمپ حرارتی) یعنی 2 ژول گرما به فضای گرم میدهد به ازای هر 1 ژول کار. توضیح دهید چرا COP_heat همیشه دقیقاً 1 بیشتر از COP_cool است برای همان مخزنها.
- برخلاف بازده موتور (همیشه ≤ 1)، COP میتواند از 1 بگذرد — این نقض پایستگی انرژی نیست. توضیح دهید چرا COP > 1 ممکن است: انرژی اضافهٔ دادهشده از مخزنِ در حال سرمایش میآید، نه از هیچ.
- 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
- به یخچال کارنو خوش آمدید
- انتخاب محفظه
- Play را بفشارید
- COP یخچال
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.