Termodynamiikka
Jäähdytyslaite (käänteinen Carnot)
Aja päinvastoin: sisääntyvä työ pumpaa lämmön kylmästä kuumaan (COP = Tc/(Th−Tc)).
Jäähdytyslaite (käänteinen Carnot) – interaktiivinen Termodynamiikka-simulaatio. Aja päinvastoin: sisääntyvä työ pumpaa lämmön kylmästä kuumaan (COP = Tc/(Th−Tc)). Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.
Jäähdytyslaitteen COP
Aja päinvastoin: sisääntyvä työ pumpaa lämmön kylmästä kuumaan (COP = Tc/(Th−Tc)).
Jäähdytyslaite on takaperin ajettu lämpökone: sähkötyö ajaa lämmön kylmästä sisätilasta lämpimään huoneeseen. Hyötysuhdekerroin COP = Q_c/W voi ylittää arvon 1, koska pumpattu lämpö on suurempi kuin annettu työ – toisin kuin hyötysuhde, joka on aina ≤ 1.
- COP = T_c/(T_h−T_c)
- Sisääntyvä työ
Tutkimustiivistelmä
Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista
Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.
Tutkimuskysymys
Carnot'n syklin ajaminen takaperin muuttaa moottorin jäähdytyslaitteeksi – nettotyö menee SISÄÄN ulostulon sijaan. Imeevätkö kaasu silti lämpöä kylmäsäiliöstä, kuten todellinen jääkaappi, joka vetää lämpöä sisätilastaan?
Punniteltavat ennusteet
- Ei – syklin kääntäminen kääntää myös sen, mikä säiliö imee lämpöä.
- Käänteinen sykli ei vaihda lämpöä kummankaan säiliön kanssa.
- Kyllä – käänteinen sykli imee lämpöä kylmältä puolelta ja dumppaa enemmän lämpöä kuumaan puoleen käyttäen syöttötyön siihen.
Muuttujien roolit
Mitä asetat:
- Etapin numero
Mitä mittaat:
- Etapin tavoitetilavuus V (L)
- Kaasun tekemä työ tällä etapilla (J)
Miten tutkimus etenee
- Avaa Carnot'n jäähdytyslaite -esiasetus ja paina Nollaa. Samat 4 etappia kuin carnot-cycle ajaa käänteisessä järjestyksessä.
- Ota käyttöön etappikohtainen työ-lukema sekä jäähdytys-/lämmitys-COP-lukemat.
- Jokaiselle syklin etapille (1–4) lue etapin tavoitetilavuus ja kaasun tekemä työ sen etapin aikana.
Hallitseva yhtälö
Jäähdytyslaitteen hyötysuhdekerroin — COP = Tc / (Th − Tc)
Käänteisen Carnot'n syklin jäähdytysteho mitataan kaavalla COP_cool = Tc/(Th − Tc): kuinka paljon lämpöä poistetaan kylmästä tilasta syöttötyön yksikköä kohti. Pienemmät lämpötilaerot antavat paremman (korkeamman) COP:n.
Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään
- Summaa 4 etappisi työt – kokonaisuuden (kaasun TEKEMÄ nettotyö) pitäisi olla negatiivinen, mikä tarkoittaa, että nettotyön on toimitettava KAASULLE. Laske jäähdytys-COP = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 ja lämmitys-COP = Th/(Th − Tc) = 2.0.
- Vertaa etappien järjestystä tässä carnot-cycle:n etappijärjestykseen. Selitä, miten pelkkä samojen 4 etapin järjestyksen kääntäminen kääntää syklin moottorista (nettotyö ulos) jäähdytyslaitteeksi (nettotyö sisään).
Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella
- Jäähdytys-COP 1.0 tarkoittaa, että jääkaappi siirtää 1 J lämpöä kylmästä tilasta jokaista 1 J syöttötyötä kohti. Lämmitys-COP 2.0 (lämpöpumpputila) tarkoittaa, että se toimittaa 2 J lämpöä lämpimään tilaan jokaista 1 J työtä kohti. Selitä, miksi COP_heat on aina täsmälleen 1 suurempi kuin COP_cool samoilla säiliöillä.
- Toisin kuin moottorin hyötysuhde (aina ≤ 1), COP voi ylittää arvon 1 – se ei ole energian säilymisen rikkomus. Selitä, miksi COP > 1 on mahdollinen: ylimääräinen toimitettu energia tulee jäähdytettävästä säiliöstä, ei tyhjästä luotuna.
- 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
- Tervetuloa Carnot'n jäähdytyslaitteeseen
- Valitse kammio
- Paina Toista
- Jäähdytyslaitteen COP
- Avaa Ominaisuudet-paneeli
- Onnistuit!
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →
Lämpökoneet ja Carnot'n hyötysuhde