ओटो साइकिल: एक गैसोलीन इंजन का आदर्श मॉडल
1 · भविष्यवाणी
ओटो चक्र (एडियाबेटिक संपीड़न, आइसोकोरिक हीटिंग, एडियाबेटिक विस्तार, आइसोकोरिक कूलिंग) एक गैसोलीन इंजन का मॉडल बनाता है। कार्नोट चक्र के विपरीत, इसके दो पैर स्थिर तापमान के बजाय स्थिर आयतन पर हैं। उन constant-volume पैरों के दौरान, क्या गैस कोई काम करती है?
- काम अभी भी पूरा हो गया है क्योंकि उन पैरों के दौरान दाब बदल जाता है।
- constant-volume पैर नकारात्मक कार्य करते हैं।
- constant-volume चरणों के दौरान कोई काम नहीं किया जाता है, क्योंकि W = PΔV और ΔV = 0 है।
2 · सेट अप
- otto-cycle प्रीसेट खोलें और रीसेट दबाएँ। 1 मोल नाइट्रोजन (f = 5 ) 40 L से 10 L, तक संपीड़ित होता है और फिर स्थिर मात्रा में 900 K तक गर्म होता है।
- per-leg कार्य और हीट रीडआउट सक्षम करें।
- 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
| पैर संख्या | पैर का लक्ष्य आयतन V (L) | इस पैर को गैस द्वारा पूरा किया गया कार्य (J) |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 |
सभी 4 पैरों के लिए P-V आरेख बनाएं। चिह्नित करें कि कौन से पैर constant-volume (ऊर्ध्वाधर) खंड हैं और पुष्टि करें कि आपके काम की रीडिंग वहाँ 0 हैं।
4 · विश्लेषण करें
- पुष्टि करें कि पैर 2 और 4 (आइसोकोरिक पैर) आपकी तालिका में W = 0 दिखाते हैं, जबकि पैर 1 और 3 (एडियाबेटिक) गैर-शून्य कार्य दिखाते हैं। γ = 1.4 का उपयोग करके संपीड़न अनुपात r = V₁/V₂ = 4 और चक्र दक्षता η = 1 - 1 /r^(γ−1) की गणना करें।
- इस चक्र का नेटवर्क कार्य सकारात्मक है भले ही इसके आधे पैर शून्य कार्य करते हैं। बताएं कि कैसे दो रुद्धोष्म पैर अकेले शुद्ध सकारात्मक कार्य आउटपुट उत्पन्न कर सकते हैं।
5 · विस्तार
- वास्तविक पेट्रोल इंजन लगभग 10–12 के संपीड़न अनुपात तक सीमित होते हैं (अधिक अनुपात पूर्व-ज्वलन/नॉकिंग कराते हैं)। η = 1 − 1/r^(γ−1) लेकर समझाएँ कि इंजन डिज़ाइनर अधिक संपीड़न अनुपात क्यों चाहते हैं।
- एक डीज़ल इंजन एक अलग चक्र (आइसोकोरिक के बजाय आइसोबैरिक हीटिंग) का उपयोग करता है लेकिन एक समान adiabatic-compression विचार का उपयोग करता है। दोनों संपीड़न कार्य को उच्च तापमान में परिवर्तित करने के लिए रुद्धोष्म पैरों पर भरोसा करते हैं। दोनों डिज़ाइनों के लिए संपीड़न के दौरान गर्मी के नुकसान को कम करना क्यों महत्वपूर्ण है?
इस प्रयोग के पीछे का भौतिकी
ओटो-साइकिल दक्षता
इंजन की मापी गई दक्षता η = W/Q_in है — प्रति अवशोषित ऊष्मा शुद्ध कार्य; उद्धृत सूत्र यही दिखाता है और आपकी डेटा तालिका यही गणना करती है। आदर्शित ऑटो चक्र के लिए, दक्षता केवल संपीड़न अनुपात r = V₁/V₂ और ऊष्मा-धारिता अनुपात γ पर निर्भर करती है: η = 1 − 1/r^(γ−1) — अधिक संपीड़न, अधिक दक्षता।
ऊष्मागतिकी
- आदर्श गैस नियम: दाब, आयतन और तापमान
- गतिज सिद्धांत: तापमान और आणविक गति
- इज़ोटेर्मल संपीड़न: स्थिर तापमान पर किया गया कार्य
- आइसोबैरिक ताप: लगातार दाब पर विस्तार
- आइसोचोरिक तापन: स्थिर आयतन पर दाब बढ़ना
- रुद्धोष्म विस्तार: गर्मी खोए बिना ठंडा करना
- कैलोरीमिति: गर्म और ठंडे का मिश्रण
- थर्मल चालन: एक बार के माध्यम से गर्मी का प्रवाह
- कार्नोट चक्र: अधिकतम संभव इंजन दक्षता
- उलटा कार्नोट चक्र: एक रेफ्रिजरेटर
- स्टर्लिंग चक्र: पुनर्जनन के साथ इज़ोटेर्मल पैर
- प्रतिवर्ती इज़ोटेर्मल विस्तार में एन्ट्रॉपी परिवर्तन