Termodinamika
Carnot-körfolyamat
A leghatékonyabb körfolyamat: η = 1 − Tc/Th.
Carnot-körfolyamat — interaktív Termodinamika szimuláció. A leghatékonyabb körfolyamat: η = 1 − Tc/Th. Ingyenes, böngészőben futó virtuális fizikalabor élő SI-mérésekkel és vezetett tutoriallal.
Carnot-hatásfok
A leghatékonyabb körfolyamat: η = 1 − Tc/Th.
A Carnot-gép reverzibilisen működik két tartály között. Minden lépés vagy izoterm (hőcsere állandó T-n) vagy adiabatikus (hő nélkül). Egyetlen valódi gép sem haladhatja túl ezt a hatásfokot, mert a visszafordíthatatlanság hasznos energiát pazarol entrópia-termeléssel.
- η = 1 − T_c/T_h
- Maximális η
Vizsgálódási összefoglaló
Tervezd meg a kérdést, mielőtt megnyitod a labort
Az összefoglaló a előrenderelt oldalt tükrözi: vezérlő kérdés, versengő jóslatok, változószerepek, vezérlő törvények, beállítás, elemzés és bővítési feladatok láthatóak és ebben a sorrendben maradnak.
Vezérlő kérdés
Egy Carnot-gép a gázt 4 szakaszon vezeti át (izoterm tágulás, adiabatikus tágulás, izoterm összenyomás, adiabatikus összenyomás) vissza a kiinduló állapotba. Változik-e a gáz belső energiája egy teljes körfolyamat során?
Mérlegelendő jóslatok
- A belső energia nő a körfolyamaton, mert a gáz nettó pozitív munkát végez.
- A belső energia visszatér a kiinduló értékére — nulla nettó változás zárt körfolyamaton át.
- A belső energia csökken a körfolyamaton.
Változószerepek
Amit te állítasz be:
- Szakasz száma
Amit mérsz:
- Szakasz céltérfogata V (L)
- A gáz munkája ezen a szakaszon (J)
Hogyan fut a vizsgálódás
- Nyisd meg a carnot-cycle előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. 1 mól argon (f = 3) kering egy 600 K forró és egy 300 K hideg hőtartály között.
- Engedélyezd a szakaszonkénti munka kijelzőt.
- A körfolyamat minden szakaszánál (1-től 4-ig) olvasd le a szakasz céltérfogatát és a gáz által a szakasz alatt végzett munkát.
Vezéregyenlet
Carnot-hatásfok — η_c = 1 − Tc / Th
Bármely, Th forró és Tc hideg hőtartály között üzemelő hőerőgép legnagyobb lehetséges hatásfoka csak a hőmérséklet-arányuktól függ: η_c = 1 − Tc/Th.
Amit a nyomtatható munkalap megoldatnia ad a diákokkal
- Add össze a 4 szakasz munkaértékeit. Hasonlítsd az összegidet az nR(Th − Tc)·ln(2)-höz (közelítőleg, e körfolyamat térfogatarányaihoz), és hasonlítsd a körfolyamat η = W_net/Qin hatásfokát a Carnot-értékhez: η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300/600 = 0.5.
- Két szakaszon pozitív a munka (tágulás), kettőn negatív (összenyomás). Magyarázd meg, miért mégis pozitív a teljes körfolyamat *nettó* munkája, ami hőerőgéppé teszi, ne tétlen hurkokká.
Hol bukkan fel ez a laboron túl
- Ugyanezekközött a hőtartály-hőmérsékletek közt üzemelő valódi gép egyike sem múlhatja felül a Carnot-hatásfokot. Magyarázd meg a η_c = 1 − Tc/Th segítségével, miért érhetne egy gép 100% hatásfokot csak akkor, ha Tc = 0 K — fizikailag elérhetetlen.
- A Carnot-körfolyamat teljes egészében reverzibilis lépésekből épül (izoterm és adiabatikus, mindkettő végtelen lassúnak idealizált). Magyarázd meg, miért nem érheti el soha egészen egy valódi gép — amelynek elkerülhetetlen a súrlódása és a véges sebességű hőátvitele — ezt az ideális hatásfokot.
- 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
- Üdv a Carnot-körfolyamatnál
- Válaszd ki a kamrát
- Nyomd meg az Indítást
- Maximális hatásfok
- Nyisd meg a Tulajdonságok panelt
- Sikerült!
Nyisd meg az interaktív szimulációt a jelenet megépítéséhez, nyomd meg az Indítást, és fedezz fel élő mérésekkel és vezetett tutoriallal.