Carnot Cycle: Pinakamataas na Posible na Efficiency ng Engine
1 · Humula
Ang Carnot engine ay dinadala ang gas sa 4 leg (isothermal expansion, adiabatic expansion, isothermal compression, adiabatic compression) pabalik sa starting estado nito. Bago ba ang internal energy ng gas sa isang kumpletong cycle?
- Tumataas ang internal energy sa cycle, dahil may net positibong gawain ang gas.
- Bumabalik ang internal energy sa starting value nito — zero net na pagbabago sa saradong cycle.
- Bumababa ang internal energy sa cycle.
2 · Mag-set Up
- Buksan ang carnot-cycle preset at pindutin ang I-reset. 1 mol ng argon (f = 3) ay umiikot sa pagitan ng 600 K hot reservoir at 300 K cold reservoir.
- I-enable ang per-leg work readout.
- Para sa bawat leg ng cycle (1 hanggang 4), basahin ang target volume ng leg at gawaing ginawa ng gas sa leg na iyon.
3 · Mangulekta ng Data
| Numero ng leg | Target volume ng leg V (L) | Gawaing ginawa ng gas sa leg na ito (J) |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 |
I-sketch ang P-V diagram para sa 4 na leg, minamarkahan kung aling leg ang isothermal o adiabatic at kung positibo o negatibo ang gawain ng gas.
4 · Mag-analisa
- I-add ang work value ng 4 leg. Ihambing ang kabuuan sa nR(Th − Tc)·ln(2) (tinataya, para sa volume ratio ng cycle na ito), at ihambing ang efficiency ng cycle η = W_net/Qin sa Carnot value na η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300/600 = 0.5.
- May positibong gawain ang dalawang leg (expansion) at negatibo ang dalawa (compression). Ipaliwanag kung bakit *net* na gawain pa rin sa buong cycle ang positibo, kaya heat engine ito at hindi walang-gawang loop.
5 · Palawakin
- Walang tunay na engine na gumagana sa parehong dalawang temperatura ng reservoir na tatalo sa Carnot efficiency. Ipaliwanag, gamit ang η_c = 1 − Tc/Th, kung bakit maabot lang ng engine ang 100% efficiency kung Tc = 0 K — pisikal na hindi maabot.
- Buong reversible na mga hakbang (isothermal at adiabatic, kapwa idealized na walang hanggang bagal) ang pagkakabuo ng Carnot cycle. Ipaliwanag kung bakit ang tunay na engine, na may friction at finite-speed na heat transfer, ay hindi kailanman masyadong makakaabot sa ideal na efficiency na ito.
Ang Physics sa Likod ng Experiment na Ito
Carnot Efficiency
Ang pinakamataas na posibleng efficiency ng kahit anong heat engine na gumagana sa pagitan ng hot reservoir na Th at cold reservoir na Tc ay nakadepende lamang sa ratio ng temperatura nila: η_c = 1 − Tc/Th.