Otton sykli: bensiinimoottorin ideaalistettu malli

1 · Ennusta

Otton sykli (adiabaattinen tiivistys, isokoorinen lämmitys, adiabaattinen laajeneminen, isokoorinen jäähtyminen) mallintaa bensiinimoottoria. Toisin kuin Carnot'n syklissä, kaksi sen etapeista on vakiotilavuudessa vakiolämpötilan sijaan. Tekeekö kaasu mitään työtä niiden vakiotilavuusetappien aikana?

• Työtä tehdään silti, koska paine muuttuu niiden etappien aikana.
• Vakiotilavuusetapit tekevät negatiivista työtä.
• Työtä ei tehdä vakiotilavuusetappien aikana, koska W = PΔV ja ΔV = 0.

2 · Kokoa

1. Avaa Otton sykli -esiasetus ja paina Nollaa. 1 mol typpeä (f = 5) tiivistyy arvosta 0.04 m³ arvoon 0.01 m³, sitten lämpenee vakiotilavuudessa arvoon 900 K.
2. Ota käyttöön etappikohtaiset työ- ja lämpölukemat.
3. Jokaiselle syklin etapille (1–4) lue etapin tavoitetilavuus ja kaasun tekemä työ sen etapin aikana.

3 · Kerää data

Hahmottele P-V-kaavio kaikille 4 etapille. Merkitse, mitkä etapit ovat vakiotilavuus-(pysty)segmentit ja varmista, että työlukemasi ovat siellä 0.

4 · Analysoi

1. Varmenna, että etapit 2 ja 4 (isokooriset) näyttävät W = 0 taulukossasi, kun taas etapit 1 ja 3 (adiabaattiset) näyttävät nollasta poikkeavan työn. Laske tiivistyssuhde r = V₁/V₂ = 4 ja syklin hyötysuhde η = 1 − 1/r^(γ−1) arvolla γ = 1.4.
2. Tämän syklin nettotyö on positiivinen, vaikka puolet sen etapeista tekee nolla työtä. Selitä, miten kaksi adiabaattista etappia yksinään voi tuottaa nettopositiivisen työtulosteen.

5 · Laajenna

1. Todelliset bensiinimoottorit on rajoitettu tiivistyssuhteisiin noin 10-12 (korkeammat suhteet aiheuttavat esisytyksen/koputtamisen). Käyttäen kaavaa η = 1 − 1/r^(γ−1) selitä, miksi moottorisuunnittelijat työntävät korkeampia tiivistyssuhteita, kun mahdollista.
2. Dieselmoottori käyttää eri sykliä (isobaarinen lämmitys isokoorisen sijaan) mutta samankaltaista adiabaattisen tiivistyksen ideaa. Molemmat nojaavat adiabaattisiin etappeihin muuntamaan tiivistystyön korkeammiksi lämpötiloiksi. Miksi lämmönhukan minimoiminen tiivistyksen aikana on tärkeää molemmille suunnittelulle?

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia