Ottov ciklus: idealizirani model benzinskog motora

1 · Predviđanje

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?

• 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.

2 · Postava

1. Otvori postav otto-cycle i pritisni Resetiraj. 1 mol dušika (f = 5) sažima se s 0.04 m³ na 0.01 m³, zatim grije pri stalnom volumenu na 900 K.
2. Omogući očitanja rada i topline 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. Označi koje su dionice segmenti stalnog volumena (okomite) i potvrdi da su tvoja očitanja rada tamo 0.

4 · Analiza

1. 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.
2. Neto rad ovog ciklusa pozitivan je iako pola dionica ne vrši rad. Objasni kako same dvije adijabatske dionice mogu proizvesti neto pozitivan izlaz rada.

5 · Proširenje

1. 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.
2. 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?

Fizika iza ovog pokusa

← Natrag na pokus

138 besplatnih radnih listova iz fizike za ispis