A megfordított Carnot-körfolyamat: hűtőgép

1 · Jóslás

A Carnot-körfolyamat visszafelé futtatva gépből hűtőt csinál — a nettó munka BE megy a kiadás helyett. A gáz még mindig felvesz hőt a hideg hőtartályból, mint egy valódi hűtő, amely hőt von ki a belsejéből?

• Nem — a körfolyamat megfordítása azt is megfordítja, melyik hőtartály vesz fel hőt.
• A megfordított körfolyamat egyik hőtartállyal sem cserél hőt.
• Igen — a megfordított körfolyamat hőt vesz fel a hideg oldalról, és több hőt ad le a meleg oldalra, a bemenő munkát felhasználva.

2 · Előkészítés

1. Nyisd meg a carnot-fridge előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. Ugyanezek a 4 szakasz fut, mint a carnot-cycle-nál, fordított sorrendben.
2. Engedélyezd a szakaszonkénti munka kijelzőt, és a hűtési/fűtési COP-kijelzőket.
3. A körfolyamat minden szakaszánál (1-től 4-ig) olvasd le a szakasz céltérfogatát és a gáz által a szakasz alatt végzett munkát.

3 · Adatgyűjtés

Vázold fel a P–V diagramot, a szakaszokat sorrendben végigkövetve. Hasonlítsd össze a haladás irányát (óramutatóval megegyező vagy ellentétes) a carnot-cycle kísérlet diagramjával.

4 · Elemzés

1. Sumázd a 4 szakasz munkaértékeit — az összegnek (a gáz által végzett nettó munka) negatívnak kell kijönnie, ami azt jelenti, hogy a gáznak kell nettó munkát szolgáltatni. Számítsd ki a hűtési COP = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 és a fűtési COP = Th/(Th − Tc) = 2.0 értékeket.
2. Hasonlítsd össze az ittani szakaszsorrendet a carnot-cycle szakaszsorrendjével. Magyarázd meg, hogyan fordítja ugyanazon 4 szakasz sorozatának egyszerű megfordítása a körfolyamatot géppé (nettó munka ki) hűtőgéppé (nettó munka be).

5 · Kiterjesztés

1. Az 1.0 hűtési COP azt jelenti, hogy a hűtő 1 J hőt von ki a hideg térből minden 1 J szolgáltatott munkára. A 2.0 fűtési COP (hőszivattyú mód) azt jelenti, hogy 2 J hőt szállít a meleg térbe 1 J munkánként. Magyarázd meg, miért mindig pontosan 1-gyel nagyobb a COP_heat, mint a COP_cool ugyanazon hőtartályokra.
2. A géphatásfokkal ellentétben (mindig ≤ 1) a COP lehet 1-nél nagyobb — ez nem sérti az energiamegmaradást. Magyarázd meg, miért lehetséges a COP > 1: a szállított többletenergia a hűtendő hőtartályból jön, nem a semmiből teremtődik.

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap