ترمودینامیک
چرخهٔ اتو
چرخهٔ موتور بنزینی: دو بیدررو + دو همحجم.
چرخهٔ اتو — شبیهسازی تعاملی ترمودینامیک. چرخهٔ موتور بنزینی: دو بیدررو + دو همحجم. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
چرخهٔ اتو
چرخهٔ موتور بنزینی: دو بیدررو + دو همحجم.
چرخهٔ اوتو موتور جرقهای را مدل میکند: احتراق تند در حجم تقریباً ثابت فشار را بالا میبرد، سپس انبساط بیدررو کار میدهد و در پایان دود در حجم ثابت خارج میشود. در همان دماهای حدی از کارنو کمبازدهتر است چون گرما در دمای متغیر افزوده میشود.
- η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
- موتور بنزینی
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
چرخهٔ اوتو (تراکم بیدررو، گرمایش همحجم، انبساط بیدررو، سرمایش همحجم) مدل موتور بنزینی است. برخلاف کارنو، دو گامش در حجم ثابتاند نه دمای ثابت. در آن گامهای همحجم، آیا گاز کاری انجام میدهد؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- باز هم کار انجام میشود چون فشار در آن گامها تغییر میکند.
- گامهای همحجم کار منفی میکنند.
- در گامهای حجم ثابت هیچ کاری انجام نمیشود، زیرا W = PΔV و ΔV = 0.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- شمارهٔ گام
آنچه اندازه میگیرید:
- حجم هدف گام V (m³)
- کار گاز در این گام (J)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیمی otto-cycle را باز کنید و Reset را بفشارید. 1 mol نیتروژن (f = 5) از 0.04 m³ به 0.01 m³ تراکم مییابد، سپس در حجم ثابت تا 900 K گرم میشود.
- قرائتهای کار و گرمای هر گام را فعال کنید.
- برای هر گام چرخه (1 تا 4)، حجم هدف گام و کارِ گاز در آن گام را بخوانید.
معادلهٔ حاکم
بازده چرخه اتو — η = W / Qin
برای چرخه اتوی ایدهآل، بازده فقط به نسبت تراکم r = V₁/V₂ و نسبت ظرفیت گرمایی گاز γ بستگی دارد: η = 1 − 1/r^(γ−1). نسبتهای تراکم بالاتر بازده بالاتر میدهند.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- تأیید کنید که گامهای 2 و 4 (گامهای همحجم) در جدول شما W = 0 نشان میدهند، در حالی که گامهای 1 و 3 (بیدررو) کار ناصفر دارند. نسبت تراکم r = V₁/V₂ = 4 و بازده چرخه η = 1 − 1/r^(γ−1) را با γ = 1.4 حساب کنید.
- کار خالص این چرخه مثبت است با آنکه نیمی از گامهایش کار صفر دارند. توضیح دهید چگونه دو گام بیدررو بهتنهایی میتوانند کار خروجی خالص مثبت تولید کنند.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- موتورهای بنزینی واقعی به نسبت تراکم حدود 10-12 محدودند (نسبتهای بالاتر باعث اشتعال پیشازموعد/ناک میشود). با η = 1 − 1/r^(γ−1) توضیح دهید چرا طراحان موتور در صورت امکان نسبت تراکم بالاتر را میخواهند.
- موتور دیزلی چرخهٔ دیگری دارد (گرمایش همفشار بهجای همحجم) اما ایدهٔ تراکم بیدررواش مشابه است. هر دو به گامهای بیدررو تکیه دارند تا کار تراکم را به دمای بالاتر بدل کنند. چرا کمینهکردن اتلاف گرما هنگام تراکم برای هر دو طراحی مهم است؟
- 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 چرخهٔ اوتو خوش آمدید
- انتخاب اتاقک
- Play را بفشارید
- چرخهٔ موتور بنزینی
- 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.