Carnotov ciklus: najveća moguća korisnost motora

1 · Predviđanje

Carnotov stroj provodi plin kroz 4 dionice (izotermno širenje, adijabatsko širenje, izotermna kompresija, adijabatska kompresija) natrag u početno stanje. Mijenja li se unutarnja energija plina kroz jedan potpuni ciklus?

• Unutarnja energija raste kroz ciklus, jer plin vrši neto pozitivan rad.
• Unutarnja energija vraća se na početnu vrijednost — nulta neto promjena kroz zatvoreni ciklus.
• Unutarnja energija opada kroz ciklus.

2 · Postava

1. Otvori postav carnot-cycle i pritisni Resetiraj. 1 mol argona (f = 3) kruži između vrućeg spremnika od 600 K i hladnog od 300 K.
2. Omogući očitanje rada po dionici.
3. Za svaku dionicu ciklusa (1 do 4), očitaj ciljni volumen dionice i rad plina tijekom te dionice.

3 · Prikupljanje podataka

Skiciraj P-V dijagram za sve 4 dionice, označavajući je li svaka dionica izotermna ili adijabatska i vrši li plin pozitivan ili negativan rad.

4 · Analiza

1. Zbroji svoje vrijednosti rada 4 dionice. Usporedi ukupno s nR(Th − Tc)·ln(2) (približno, za omjere volumena ovog ciklusa) i usporedi korisnost ciklusa η = W_net/Qin s Carnotovom vrijednošću η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300/600 = 0.5.
2. Dvije dionice imaju pozitivan rad (širenje), a dvije negativan (kompresija). Objasni zašto je *neto* rad kroz puni ciklus ipak pozitivan, što ovo čini toplinskim strojem, a ne petljom koja ne radi ništa.

5 · Proširenje

1. Nijedan stvarni motor između istih temperatura spremnika ne može pobijediti Carnotovu korisnost. Objasni, koristeći η_c = 1 − Tc/Th, zašto bi motor mogao doseći 100% korisnosti samo kad bi Tc = 0 K — fizikalno nedostižno.
2. Carnotov ciklus u cijelosti je izgrađen od reverzibilnih koraka (izotermnih i adijabatskih, oboje idealiziranih kao beskonačno spori). Objasni zašto stvarni motor, koji neizbježno ima trenje i prijenos topline konačnom brzinom, nikad ne može doseći tu idealnu korisnost.

Fizika iza ovog pokusa

← Natrag na pokus

138 besplatnih radnih listova iz fizike za ispis