Termodinamika
Ottov ciklus
Ciklus benzinskog motora: dvije adijabate + dvije izohore.
Ottov ciklus — interaktivna simulacija: Termodinamika. Ciklus benzinskog motora: dvije adijabate + dvije izohore. Besplatan virtualni laboratorij fizike u pregledniku sa SI mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Ottov ciklus
Ciklus benzinskog motora: dvije adijabate + dvije izohore.
Ottov ciklus modelira motor s paljenjem iskrom: brzo izgaranje pri gotovo stalnom volumenu diže tlak, zatim adijabatsko širenje vrši rad, pa ispuh pri stalnom volumenu. Manje je učinkovit od Carnotovog pri istim temperaturnim ekstremima jer se toplina dodaje pri promjenljivoj temperaturi.
- η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
- Benzinski motor
Sažetak istraživanja
Isplaniraj pitanje prije nego otvoriš laboratorij
Sažetak odražava unaprijed prikazanu stranicu: središnje pitanje, suprotstavljena predviđanja, uloge varijabli, odgovarajući zakoni, postava, analiza i poticaji za proširenje ostaju vidljivi i u ovom redoslijedu.
Središnje pitanje
Ottov ciklus (adijabatska kompresija, izohorno zagrijavanje, adijabatsko širenje, izohorno hlađenje) modelira benzinski motor. Za razliku od Carnotovog ciklusa, dvije su mu dionice pri stalnom volumenu, a ne temperaturi. Vrši li plin tijekom tih dionica stalnog volumena ikakav rad?
Predviđanja za odvagnuti
- Rad se ipak vrši jer se tlak mijenja tijekom tih dionica.
- Dionice stalnog volumena vrše negativan rad.
- Rad se ne vrši tijekom dionica stalnog volumena, jer je W = PΔV, a ΔV = 0.
Uloge varijabli
Što postavljaš:
- Broj dionice
Što mjeriš:
- Ciljni volumen dionice V (L)
- Rad plina u ovoj dionici (J)
Kako istraživanje teče
- Otvori postav otto-cycle i pritisni Resetiraj. 1 mol dušika (f = 5) sažima se s 40 L na 10 L, zatim grije pri stalnom volumenu na 900 K.
- Omogući očitanja rada i topline po dionici.
- Za svaku dionicu ciklusa (1 do 4), očitaj ciljni volumen dionice i rad plina tijekom te dionice.
Odgovarajuća jednadžba
Korisnost Ottovog ciklusa — η = W / Qin
Izmjerena učinkovitost motora je η = W/Q_in — neto rad po apsorbiranoj toplini; to pokazuje citirana formula i to vaša tablica podataka računa. Za idealizirani Ottoov ciklus učinkovitost ovisi samo o omjeru kompresije r = V₁/V₂ i omjeru toplinskih kapaciteta γ: η = 1 − 1/r^(γ−1) — veća kompresija, veća učinkovitost.
Što ispisivi radni list traži od učenika da izrade
- Potvrdi da dionice 2 i 4 (izohorne) pokazuju W = 0 u tvojoj tablici, dok dionice 1 i 3 (adijabatske) pokazuju rad različit od nule. Izračunaj omjer kompresije r = V₁/V₂ = 4 i korisnost ciklusa η = 1 − 1/r^(γ−1) koristeći γ = 1.4.
- Neto rad ovog ciklusa pozitivan je iako pola dionica ne vrši rad. Objasni kako same dvije adijabatske dionice mogu proizvesti neto pozitivan izlaz rada.
Gdje se ovo pojavljuje izvan laboratorija
- Pravi benzinski motori ograničeni su na omjere kompresije oko 10-12 (veći omjeri uzrokuju preuranjeno paljenje/kucanje). Koristeći η = 1 − 1/r^(γ−1), objasni zašto dizajneri motora guraju više omjere kompresije kad mogu.
- Dieselov motor koristi drugačiji ciklus (izobarno zagrijavanje umjesto izohornog), ali sličnu ideju adijabatske kompresije. Oba se oslanjaju na adijabatske dionice da pretvore rad kompresije u više temperature. Zašto je minimiziranje gubitka topline tijekom kompresije važno za oba dizajna?
- AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
- IB Physics — B.4 Thermodynamics
- General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
- NGSS High School Physics — Thermal energy transfer
- Dobro došli u Ottov ciklus
- Odaberi komoru
- Pritisni Pokreni
- Ciklus benzinskog motora
- Otvori ploču Svojstva
- Uspjelo ti je!
Otvori interaktivnu simulaciju za izgradnju scene, pritisni Pokreni i istražuj s mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Otvori interaktivni laboratorij →
Toplinski strojevi i Carnotova korisnost