Termodinamica
Ciclo di Otto
Il ciclo del motore a benzina: due adiabatiche + due isocore.
Ciclo di Otto — simulazione interattiva (Termodinamica). Il ciclo del motore a benzina: due adiabatiche + due isocore. Laboratorio virtuale di fisica gratuito nel browser con misure SI dal vivo e tutorial guidato.
Ciclo di Otto
Il ciclo del motore a benzina: due adiabatiche + due isocore.
Il ciclo di Otto modella un motore ad accensione comandata: la combustione rapida quasi a volume costante alza la pressione, poi l'espansione adiabatica compie lavoro, infine lo scarico a volume costante. È meno efficiente di Carnot agli stessi estremi termici perché il calore entra a temperatura variabile.
- η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
- Motore a benzina
Sintesi dell'indagine
Pianifica la domanda prima di aprire il laboratorio
La sintesi riprende la pagina pre-renderizzata: domanda guida, previsioni concorrenti, ruoli delle variabili, leggi dominanti, procedura, analisi ed estensioni restano visibili e in quest'ordine.
Domanda guida
Il ciclo di Otto (compressione adiabatica, riscaldamento isocoro, espansione adiabatica, raffreddamento isocoro) modella un motore a benzina. A differenza del ciclo di Carnot, due rami sono a volume costante anziché a temperatura costante. In quei rami isocori, il gas compie lavoro?
Previsioni da valutare
- Il lavoro c'è comunque perché la pressione cambia in quei rami.
- I rami isocori compiono lavoro negativo.
- Nessun lavoro è compiuto durante i rami a volume costante, poiché W = PΔV e ΔV = 0.
Ruoli delle variabili
Cosa imposti tu:
- Numero del ramo
Cosa misuri:
- Volume bersaglio del ramo V (m³)
- Lavoro del gas su questo ramo (J)
Come si svolge l'indagine
- Apri il preset otto-cycle e premi Reset. 1 mol di azoto (f = 5) si comprime da 0.04 m³ a 0.01 m³, poi si scalda a volume costante fino a 900 K.
- Attiva le letture di lavoro e calore per ramo.
- Per ogni ramo del ciclo (da 1 a 4), leggi volume bersaglio e lavoro del gas su quel ramo.
Equazione che governa
Rendimento del ciclo di Otto — η = W / Qin
Per un ciclo Otto idealizzato, l'efficienza dipende solo dal rapporto di compressione r = V₁/V₂ e dal rapporto delle capacità termiche del gas γ: η = 1 − 1/r^(γ−1). Rapporti di compressione maggiori danno efficienza maggiore.
Cosa il foglio stampabile chiede di ricavare agli studenti
- Verifica che i rami 2 e 4 (i rami isocori) mostrino W = 0 nella tua tabella, mentre i rami 1 e 3 (adiabatici) mostrano lavoro non nullo. Calcola il rapporto di compressione r = V₁/V₂ = 4 e l'efficienza del ciclo η = 1 − 1/r^(γ−1) usando γ = 1.4.
- Il lavoro netto di questo ciclo è positivo benché metà dei rami abbia lavoro zero. Spiega come le due sole adiabatiche producano un'uscita netta positiva.
Dove si ritrova fuori dal laboratorio
- I motori a benzina reali sono limitati a rapporti di compressione attorno a 10-12 (rapporti maggiori causano pre-accensione/battito). Usando η = 1 − 1/r^(γ−1), spiega perché i progettisti di motori spingono per rapporti di compressione maggiori quando possibile.
- Un motore Diesel usa un ciclo diverso (riscaldamento isobaro anziché isocoro) ma la stessa idea di compressione adiabatica. Entrambi contano sulle adiabatiche per convertire il lavoro di compressione in temperature più alte. Perché minimizzare le perdite di calore in compressione è importante per entrambi?
- 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
- Benvenuto al ciclo di Otto
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- Ce l'hai fatta!
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Macchine termiche e rendimento di Carnot