Käänteinen Carnot'n sykli: jäähdytyslaite

1 · Ennusta

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?

2 · Kokoa

  1. Avaa Carnot'n jäähdytyslaite -esiasetus ja paina Nollaa. Samat 4 etappia kuin carnot-cycle ajaa käänteisessä järjestyksessä.
  2. Ota käyttöön etappikohtainen työ-lukema sekä jäähdytys-/lämmitys-COP-lukemat.
  3. Jokaiselle syklin etapille (1–4) lue etapin tavoitetilavuus ja kaasun tekemä työ sen etapin aikana.

3 · Kerää data

Etapin numeroEtapin tavoitetilavuus V (L)Kaasun tekemä työ tällä etapilla (J)
1
2
3
4

Hahmottele P-V-kaavio jäljittäen etapit järjestyksessä. Vertaa kulkusuuntaa (myötä- vai vastapäivään) carnot-cycle-kokeen kaavioon.

4 · Analysoi

  1. 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.
  2. Vertaa etappien järjestystä tässä carnot-cycle:n etappijärjestykseen. Selitä, miten pelkkä samojen 4 etapin järjestyksen kääntäminen kääntää syklin moottorista (nettotyö ulos) jäähdytyslaitteeksi (nettotyö sisään).

5 · Laajenna

  1. 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.
  2. 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.

Tämän kokeen fysiikka

Jäähdytyslaitteen hyötysuhdekerroin

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.

← Takaisin kokeeseen

Termodynamiikka

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia