Termodinamika
Stirling-körfolyamat
Két izoterma + két izochora regenerációval.
Stirling-körfolyamat — interaktív Termodinamika szimuláció. Két izoterma + két izochora regenerációval. Ingyenes, böngészőben futó virtuális fizikalabor élő SI-mérésekkel és vezetett tutoriallal.
Stirling-körfolyamat
Két izoterma + két izochora regenerációval.
A Stirling-kör regenerátort használ, hogy az állandó térfogatú lépésekben hőt tároljon és később visszaadjon, ideális tervezésben Carnot-szerű teljesítményhez közelítve. A valódi Stirling-motorok a komplexitást cserélik csendesebb üzemre és rugalmas hőforrásokra.
- Két izoterma + regeneráció
- η_Carnot ideális határesetben
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
A Stirling-körfolyamat 2 izoterm és 2 izochor szakaszt használ, egyáltalán nem adiabatikusat. A hatásfoka elvben elérheti a Carnot-értéket, ha egy tökéletes „regenerátor” újrahasznosítja a hőt az izochor szakaszok között. Ideális regenerátor nélkül a mért egyszerű körfolyamat-hatásfok elmarad a Carnot-korlát alatti értéktől?
Mérlegelendő jóslatok
- Igen — regenerátor nélkül e körfolyamat nyers hatásfoka a Carnot-korlát alatt van ugyanazon két hőtartály-hőmérsékletre.
- A hatásfok pontosan egyenlő a Carnot-korláttal, regenerációtól függetlenül.
- A hatásfok meghaladja a Carnot-korlátot.
Változószerepek
Amit te állítasz be:
- Szakasz száma
Amit mérsz:
- Szakasz céltérfogata V (m³)
- A gáz munkája ezen a szakaszon (J)
Hogyan fut a vizsgálódás
- Nyisd meg a stirling-cycle előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. 1 mól argon kering 600 K és 300 K között, kizárólag izoterm és izochor szakaszokkal.
- Engedélyezd a szakaszonkénti munka kijelzőt és a körfolyamat-hatásfok 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-korlát a körfolyamat-hatásfokra — η_c = 1 − Tc / Th
Egyetlen, Tc és Th hőmérsékletek között működő körfolyamat — a Stirling is — sem haladhatja meg a η_c = 1 − Tc/Th Carnot-hatásfokot. Egy valódi (nem regenerált) Stirling-körfolyamat elmarad ettől a korláttól, mert az izochor hűtési szakasza alatt vissza nem nyert hőt ad ki.
Amit a nyomtatható munkalap megoldatnia ad a diákokkal
- Erősítsd meg, hogy a 2. és 4. szakasz (izochor) W = 0-t mutat. Sumázd mind a 4 szakasz munkáját a nettó körfolyamat-munkához, és hasonlítsd a körfolyamat hatásfok-leolvasását a Carnot-korláthoz: η_c = 1 − 300/600 = 0.5.
- E körfolyamat nyers hatásfoka (ideális regenerátor nélkül, amely visszanyerné az izochor szakaszok hőjét) 0.5 alatt marad. Magyarázd meg az első főtétellel, miért az izochor hűtési szakasz alatt kiadott hő a egyszerű gép által vissza nem nyert energiát jelenti.
Hol bukkan fel ez a laboron túl
- A valódi Stirling-motor regenerátort használ — egy hálót, amely az izochor hűtés alatt felszabaduló hőt tárolja, és az izochor fűtés alatt visszaadja. Magyarázd meg, miért engedné egy tökéletes regenerátor e körfolyamatnak megközelíteni a Carnot-hatásfokot adiabatikus szakaszok nélkül is.
- A Stirling-motorokat azért becsülik, mert bármilyen külső hőforráson működnek (nap, hulladékhő, sőt űrbéli hőmérséklet-különbségek), nem igényelnek belső égést. Miért lehet vonzó ezekhez az alkalmazásokhoz egy külső fűtésű, zárt körfolyamatú gép?
- 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 Stirling-körfolyamatnál
- Válaszd ki a kamrát
- Nyomd meg az Indítást
- Regeneratív körfolyamat
- 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.