Termodinamika

Siklus Stirling

Dua proses isotermal + dua proses isokhorik dengan regenerasi.

Siklus Stirling — simulasi Termodinamika interaktif. Dua proses isotermal + dua proses isokhorik dengan regenerasi. Laboratorium fisika virtual gratis berbasis browser dengan pengukuran SI langsung dan tutorial terpandu.

Siklus Stirling

Dua isoterm + dua isokhor dengan regenerasi.

Siklus Stirling menggunakan regenerator untuk menyimpan panas selama langkah volume konstan dan mengembalikannya nanti, mendekati kinerja seperti Carnot dalam desain ideal. Mesin Stirling nyata menukar kompleksitas dengan operasi yang lebih tenang dan sumber panas yang fleksibel.

• Dua isoterm + regenerasi
• η_Carnot pada batas ideal

Singkat investigasi

Rencanakan pertanyaan sebelum Anda membuka lab

Ringkasan ini mencerminkan halaman prerender: pertanyaan utama, prediksi yang bersaing, peran variabel, hukum yang mengatur, penyiapan, serta petunjuk analisis dan pengembangan tetap terlihat dalam urutan ini.

Pertanyaan mengemudi

Siklus Stirling menggunakan 2 kaki isotermal dan 2 kaki isokorik, tidak ada kaki adiabatik sama sekali. Efisiensinya pada prinsipnya dapat menyamai nilai Carnot jika "regenerator" yang sempurna mendaur ulang panas di antara kaki-kaki isokhorik. Tanpa regenerator yang ideal, apakah efisiensi siklus sederhana yang Anda ukur tidak memenuhi batas Carnot?

Prediksi untuk ditimbang

• Ya — tanpa regenerator, efisiensi mentah siklus ini berada di bawah batas Carnot untuk dua suhu reservoir yang sama.
• Efisiensinya sama persis dengan batas Carnot tanpa memperhatikan regenerasi.
• Efisiensinya melebihi batas Carnot.

Peran variabel

Apa yang Anda tetapkan:

• Nomor kaki

Apa yang Anda ukur:

• Volume target kaki V (m³)
• Usaha yang dilakukan dengan gas pada kaki ini (J)

Bagaimana penyelidikannya berjalan

1. Buka preset siklus stirling dan tekan Reset. 1 mol siklus argon antara 600 K dan 300 K hanya menggunakan kaki isotermal dan isokhorik.
2. Aktifkan pembacaan pekerjaan per kaki dan pembacaan efisiensi siklus.
3. Untuk setiap bagian siklus (1 sampai 4), bacalah volume target bagian tersebut dan usaha yang dilakukan oleh gas pada bagian tersebut.

Persamaan yang mengatur

Carnot Terikat pada Efisiensi Siklus — η_c = 1 − Tc / Th

Tidak ada siklus yang beroperasi antara suhu Tc dan Th — termasuk Stirling — yang dapat melebihi efisiensi Carnot η_c = 1 − Tc/Th. Siklus Stirling yang nyata (yang tidak diregenerasi) tidak mencapai batas ini karena ia membuang panas yang belum diperoleh kembali selama proses pendinginan isokhoriknya.

Apa yang diminta siswa untuk dikerjakan oleh lembar kerja yang dapat dicetak

• Konfirmasikan kaki 2 dan 4 (isokhorik) menunjukkan W = 0 . Jumlahkan semua kerja kaki 4 untuk kerja siklus bersih, dan bandingkan pembacaan efisiensi siklus dengan batas Carnot η_c = 1 − 300 /600 = 0.5 .
• Efisiensi mentah siklus ini (tanpa regenerator ideal yang memulihkan panas kaki isokorik) tetap di bawah 0,5. Jelaskan, dengan menggunakan hukum pertama, mengapa panas yang dibuang selama tahap pendinginan isokhorik mewakili energi yang tidak dapat diperoleh kembali oleh mesin sederhana.

Di mana hal ini muncul di luar lab

• Mesin Stirling yang sebenarnya menggunakan regenerator - jaring yang menyimpan panas yang dilepaskan selama pendinginan isokorik dan mengembalikannya selama pemanasan isokorik. Jelaskan mengapa regenerator sempurna membiarkan siklus ini mendekati efisiensi Carnot bahkan tanpa kaki adiabatik.
• Mesin Stirling dihargai karena dijalankan dengan sumber panas eksternal apa pun (matahari, limbah panas, bahkan perbedaan suhu di ruang angkasa) daripada memerlukan pembakaran internal. Mengapa mesin siklus tertutup dengan pemanasan eksternal menarik untuk aplikasi tersebut?

• 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

1. Selamat datang di siklus Stirling
2. Pilih ruang
3. Tekan Putar
4. Siklus regeneratif
5. Buka inspektur
6. Berhasil!

Buka simulasi interaktif untuk membangun adegan, tekan Putar, dan jelajahi dengan pengukuran langsung dan tutorial terpandu.

Buka Lab Interaktif →

Unduh lembar lab →

Mesin Kalor & Efisiensi Carnot