Otto Cycle: Idealized na Model ng Gasoline Engine
1 · Humula
Ang Otto cycle (adiabatic compression, isochoric heating, adiabatic expansion, isochoric cooling) ay modelo ng gasoline engine. Hindi tulad ng Carnot cycle, dalawa sa leg nito ang nasa constant na volume sa halip na constant na temperatura. Sa mga constant-volume na leg na iyon, gumagawa ba ang gas ng gawain?
- May gawain pa rin dahil nagbabago ang pressure sa mga leg na iyon.
- Negatibo ang gawain ng constant-volume na leg.
- Walang gawaing ginagawa sa constant-volume na leg, dahil W = PΔV at ΔV = 0.
2 · Mag-set Up
- Buksan ang otto-cycle preset at pindutin ang I-reset. 1 mol ng nitrogen (f = 5) ay piniipit mula 0.04 m³ papunta 0.01 m³, tapos iniinit sa constant na volume hanggang 900 K.
- I-enable ang per-leg work at heat 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 (m³) | Gawaing ginawa ng gas sa leg na ito (J) |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 |
I-sketch ang P-V diagram para sa 4 na leg. Markahan kung aling leg ang constant-volume (vertical) na segment at kumpirmahing 0 ang work reading mo doon.
4 · Mag-analisa
- Kumpirmahing W = 0 ang leg 2 at 4 (isochoric) sa table mo, habang di-zero ang leg 1 at 3 (adiabatic). Kalkulahin ang compression ratio r = V₁/V₂ = 4 at efficiency ng cycle η = 1 − 1/r^(γ−1) gamit ang γ = 1.4.
- Positibo pa rin ang net na gawain ng cycle na ito kahit kalahati ng leg ay zero ang gawain. Ipaliwanag kung paanos ng dalawang adiabatic na leg mag-isa ay makakabuo ng net positibong output ng gawain.
5 · Palawakin
- Ang tunay na gasoline engine ay limitado sa compression ratio na mga 10-12 (mas mataas ay sanhi ng pre-ignition/knocking). Gamitin ang η = 1 − 1/r^(γ−1) para ipaliwanag kung bakit pumipihit ang mga designer ng engine para sa mas mataas na compression ratio kapag posible.
- Ibang cycle ang gamit ng Diesel engine (isobaric heating sa halip na isochoric) pero magkatulad ang ideya ng adiabatic compression. Kapwa umaasa sa adiabatic na leg para gawing mas mataas na temperatura ang gawain ng compression. Bakit mahalaga ang pagminimize ng pagkawala ng init sa compression para sa dalawang disenyo?
Ang Physics sa Likod ng Experiment na Ito
Otto-Cycle Efficiency
Para sa idealized na Otto cycle, nakadepende ang efficiency lamang sa compression ratio r = V₁/V₂ at heat-capacity ratio γ ng gas: η = 1 − 1/r^(γ−1). Mas mataas na compression ratio ay mas mataas na efficiency.