Termodinamika
Stirlingov ciklus
Dvije izoterme + dvije izohore s regeneracijom.
Stirlingov ciklus — interaktivna simulacija: Termodinamika. Dvije izoterme + dvije izohore s regeneracijom. Besplatan virtualni laboratorij fizike u pregledniku sa SI mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Stirlingov ciklus
Dvije izoterme + dvije izohore s regeneracijom.
Stirlingov ciklus koristi regenerator za pohranu topline tijekom koraka stalnog volumena i njezino vraćanje kasnije, približavajući se Carnotovim performansama u idealnom dizajnu. Stvarni Stirlingovi motori mijenjaju složenost za tiši rad i fleksibilne izvore topline.
- Dvije izoterme + regeneracija
- η_Carnot u idealnoj granici
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
Stirlingov ciklus koristi 2 izotermne i 2 izohorne dionice, bez ijedne adijabatske. Njegova korisnost u načelu može dostići Carnotovu vrijednost ako savršen „regenerator“ reciklira topline između izohornih dionica. Bez idealnog regeneratora, zaostaje li jednostavna korisnost ciklusa koju izmjeriš ispod Carnotove granice?
Predviđanja za odvagnuti
- Da — bez regeneratora, sirova korisnost ovog ciklusa ispod je Carnotove granice za iste temperature dvaju spremnika.
- Korisnost točno odgovara Carnotovoj granici bez obzira na regeneraciju.
- Korisnost premašuje Carnotovu granicu.
Uloge varijabli
Što postavljaš:
- Broj dionice
Što mjeriš:
- Ciljni volumen dionice V (m³)
- Rad plina u ovoj dionici (J)
Kako istraživanje teče
- Otvori postav stirling-cycle i pritisni Resetiraj. 1 mol argona kruži između 600 K i 300 K koristeći samo izotermne i izohorne dionice.
- Omogući očitanje rada po dionici i očitanje korisnosti ciklusa.
- Za svaku dionicu ciklusa (1 do 4), očitaj ciljni volumen dionice i rad plina tijekom te dionice.
Odgovarajuća jednadžba
Carnotova granica korisnosti ciklusa — η_c = 1 − Tc / Th
Nijedan ciklus između temperatura Tc i Th — uključujući Stirlingov — ne može premašiti Carnotovu korisnost η_c = 1 − Tc/Th. Stvarni (neregenerirani) Stirlingov ciklus zaostaje za tom granicom jer ispušta nepovraćenu topline tijekom izohornog hlađenja.
Što ispisivi radni list traži od učenika da izrade
- Potvrdi da dionice 2 i 4 (izohorne) pokazuju W = 0. Zbroji rad svih 4 dionica za neto rad ciklusa i usporedi očitanje korisnosti ciklusa s Carnotovom granicom η_c = 1 − 300/600 = 0.5.
- Sirova korisnost ovog ciklusa (bez idealnog regeneratora koji vraća topline izohornih dionica) ostaje ispod 0.5. Objasni, koristeći prvi zakon, zašto toplina ispuštena tijekom izohornog hlađenja predstavlja energiju koju jednostavan motor ne vraća.
Gdje se ovo pojavljuje izvan laboratorija
- Pravi Stirlingov motor koristi regenerator — mrežicu koja pohranjuje topline oslobođenu tijekom izohornog hlađenja i vraća je tijekom izohornog zagrijavanja. Objasni zašto bi savršen regenerator pustio ovaj ciklus da se približi Carnotovoj korisnosti čak i bez adijabatskih dionica.
- Stirlingovi motori cijenjeni su jer rade na bilo koji vanjski izvor topline (solarna, otpadna toplina, čak i temperaturne razlike u svemiru) umjesto da zahtijevaju unutarnje izgaranje. Zašto bi motor zatvorenog ciklusa s vanjskim grijanjem bio privlačan za te namjene?
- 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 Stirlingov ciklus
- Odaberi komoru
- Pritisni Pokreni
- Regenerativni ciklus
- 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