A Stirling-körfolyamat: izoterm szakaszok regenerációval

1 · Jóslás

... Ideális regenerátor nélkül a mért egyszerű körfolyamat-hatásfok elmarad a Carnot-korláttól?

• 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.

2 · Előkészítés

1. 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.
2. Engedélyezd a szakaszonkénti munka kijelzőt és a körfolyamat-hatásfok kijelzőt.
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 mind a 4 szakaszhoz, jelölve a 2 izoterm (görbe) és 2 izochor (függőleges) részt.

4 · Elemzés

1. Erősítsd meg, hogy a 2. és 4. szakasz (izochor) W = 0-t mutat. Add össze 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.
2. Magyarázd meg az első főtétellel, miért jelenti az izochor hűtési szakasz alatt kiadott hő az egyszerű gép által vissza nem nyert energiát.

5 · Kiterjesztés

1. 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.
2. 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?

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap