कार्नोट चक्र: अधिकतम संभव इंजन दक्षता

1 · भविष्यवाणी

एक कार्नोट इंजन 4 पैरों (इज़ोटेर्मल विस्तार, एडियाबेटिक विस्तार, इज़ोटेर्मल संपीड़न, एडियाबेटिक संपीड़न) के माध्यम से गैस को उसकी प्रारंभिक स्थिति में वापस ले जाता है। क्या गैस की आंतरिक ऊर्जा एक पूर्ण चक्र में बदलती है?

• चक्र के दौरान आंतरिक ऊर्जा बढ़ती है, क्योंकि गैस शुद्ध सकारात्मक कार्य करती है।
• आंतरिक ऊर्जा अपने शुरुआती मूल्य पर लौट आती है - एक बंद चक्र पर शून्य शुद्ध परिवर्तन।
• चक्र के दौरान आंतरिक ऊर्जा घटती जाती है।

2 · सेट अप

1. carnot-cycle प्रीसेट खोलें और रीसेट दबाएँ। 1 मोल आर्गन (f = 3 ) एक 600 K गर्म जलाशय और एक 300 K ठंडे जलाशय के बीच चक्र करता है।
2. per-leg कार्य रीडआउट सक्षम करें।
3. चक्र के प्रत्येक चरण (1 से 4 तक) के लिए, चरण की लक्षित मात्रा और उस चरण के दौरान गैस द्वारा किए गए कार्य को पढ़ें।

3 · डेटा एकत्रित करें

सभी 4 पैरों के लिए पी-वी आरेख बनाएं, यह चिह्नित करते हुए कि क्या प्रत्येक पैर इज़ोटेर्मल या एडियाबेटिक है और क्या गैस सकारात्मक या नकारात्मक कार्य करती है।

4 · विश्लेषण करें

1. अपने 4 पैरों के कार्य मान जोड़ें। कुल की तुलना nR(Th - Tc)·ln(2) (लगभग, इस चक्र के आयतन अनुपात के लिए) से करें, और चक्र की दक्षता η = W_net/Qin की तुलना कार्नोट मान η_c = 1 - Tc/Th = 1 - 300 /600 से करें। = 0.5।
2. दो पैरों में सकारात्मक कार्य (विस्तार) और दो में नकारात्मक कार्य (संपीड़न) होता है। बताएं कि पूरे चक्र में *नेट* कार्य अभी भी सकारात्मक क्यों है, जिससे यह do-nothing लूप के बजाय एक ताप इंजन बन गया है।

5 · विस्तार

1. समान दो जलाशय तापमानों के बीच चलने वाला कोई भी वास्तविक इंजन कार्नोट दक्षता को हरा नहीं सकता है। η_c = 1 - Tc/Th, का उपयोग करके समझाएं कि क्यों एक इंजन 100 % दक्षता तक तभी पहुंच सकता है जब Tc = 0 K - भौतिक रूप से पहुंच योग्य न हो।
2. कार्नोट चक्र पूरी तरह से प्रतिवर्ती चरणों (इज़ोटेर्मल और एडियाबेटिक, दोनों को असीम रूप से धीमी गति से आदर्शित) से बनाया गया है। बताएं कि एक वास्तविक इंजन, जिसमें अनिवार्य रूप से घर्षण और finite-speed ताप हस्तांतरण होता है, कभी भी इस आदर्श दक्षता तक नहीं पहुंच सकता है।

इस प्रयोग के पीछे का भौतिकी

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