Obrnuti Carnotov ciklus: rashladni stroj

1 · Predviđanje

Vrtanjem Carnotovog ciklusa unatrag stroj postaje rashladni uređaj — neto rad ulazi umjesto da izlazi. Apsorbira li plin i dalje toplinu iz hladnog spremnika, kao pravi hladnjak koji izvlači toplinu iz unutrašnjosti?

• Ne — obrtanje ciklusa također obrće koji spremnik apsorbira toplinu.
• Obrnuti ciklus ne izmjenjuje topline ni s jednim spremnikom.
• Da — obrnuti ciklus apsorbira toplinu s hladne strane i istovaruju više topline na vruću stranu, koristeći ulazni rad za to.

2 · Postava

1. Otvori postav carnot-fridge i pritisni Resetiraj. Iste 4 dionice kao u carnot-cycle rade obrnutim redom.
2. Omogući očitanje rada po dionici i očitanja COP-a hlađenja/grijanja.
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 prateći dionice redom. Usporedi smjer vrtnje (u smjeru ili suprotno kazaljke na satu) s dijagramom pokusa carnot-cycle.

4 · Analiza

1. Zbroji svoje vrijednosti rada 4 dionice — ukupan (neto rad plina) trebao bi ispasti negativan, što znači da se neto rad mora DOVODITI plinu. Izračunaj COP hlađenja = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 i COP grijanja = Th/(Th − Tc) = 2.0.
2. Usporedi redoslijed dionica ovdje s redoslijedom u carnot-cycle. Objasni kako puko obrtanje slijeda istih 4 dionice preokreće ciklus iz motora (neto rad van) u rashladni stroj (neto rad unutra).

5 · Proširenje

1. COP hlađenja od 1.0 znači da hladnjak premješta 1 J topline iz hladnog prostora za svaki 1 J dovedenog rada. COP grijanja od 2.0 (način toplotne pumpe) znači da isporučuje 2 J topline toplom prostoru po 1 J rada. Objasni zašto je COP_heat uvijek točno 1 više od COP_cool za iste spremnike.
2. Za razliku od korisnosti motora (uvijek ≤ 1), COP može premašiti 1 — i to nije povreda očuvanja energije. Objasni zašto je COP > 1 moguć: dodatna isporučena energija dolazi iz spremnika koji se hladi, a ne stvara se ni iz čega.

Fizika iza ovog pokusa

← Natrag na pokus

138 besplatnih radnih listova iz fizike za ispis