Az Otto-körfolyamat: egy benzinmotor idealizált modellje

1 · Jóslás

Az Otto-körfolyamat (adiabatikus összenyomás, izochor fűtés, adiabatikus tágulás, izochor hűtés) egy benzinmotort modellez. A Carnot-körfolyamattal ellentétben két szakasza állandó térfogaton, nem állandó hőmérsékleten zajlik. Végez-e a gáz munkát az állandó térfogatú szakaszokon?

2 · Előkészítés

  1. Nyisd meg az otto-cycle előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. 1 mól nitrogén (f = 5) 0.04 m³-ről 0.01 m³-re sűrűsödik, majd állandó térfogaton 900 K-re melegszik.
  2. Engedélyezd a szakaszonkénti munka- és hő-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

Szakasz számaSzakasz céltérfogata V (m³)A gáz munkája ezen a szakaszon (J)
1
2
3
4

Vázold fel a P–V diagramot mind a 4 szakaszhoz. Jelöld, mely szakaszok az állandó térfogatú (függőleges) részek, és erősítsd meg, hogy ott a munkaleolvasásaid 0-k.

4 · Elemzés

  1. Erősítsd meg, hogy a 2. és 4. szakasz (izochor) W = 0-t mutat a táblázatodban, míg az 1. és 3. (adiabatikus) nullától eltérő munkát. Számítsd ki az r = V₁/V₂ = 4 sűrítési arányt és a körfolyamat η = 1 − 1/r^(γ−1) hatásfokát γ = 1.4 használatával.
  2. Ennek a körfolyamatnak a nettó munkája pozitív, noha szakaszainak fele nulla munkát végez. Magyarázd meg, hogyan adhat maga a két adiabatikus szakasz pozitív nettó munkakibocsátást.

5 · Kiterjesztés

  1. A valódi benzinmotorok sűrítési aránya kb. 10-12 körül korlátozott (magasabb arány előgyújtést/kopogást okoz). A η = 1 − 1/r^(γ−1) segítségével magyarázd meg, miért törekednek a motortervezők magasabb sűrítési arányokra, amikor lehet.
  2. A Diesel-motor más körfolyamatot használ (izobár fűtést az izochor helyett), de hasonló adiabatikus sűrítési gondolatmenettel. Mindkettő adiabatikus szakaszokra támaszkodik, hogy az összenyomási munkát magasabb hőmérsékletté alakítsa. Miért fontos mindkét tervezésnél a sűrítés alatti hővesztés minimalizálása?

A fizika a kísérlet mögött

Otto-körfolyamat hatásfoka

Egy idealizált Otto-körfolyamatnál a hatásfok csak az r = V₁/V₂ sűrítési aránytól és a gáz γ hőkapacitás-arányától függ: η = 1 − 1/r^(γ−1). A magasabb sűrítési arány magasabb hatásfokot ad.

← Vissza a kísérlethez

Termodinamika

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap