역카르노 사이클: 냉장고

1 · 예측

카르노 사이클을 역방향으로 실행하면 엔진이 냉장고로 변합니다. 즉, 네트워크 작업은 나오는 대신 안으로 들어갑니다. 실제 냉장고가 내부에서 열을 빼내는 것처럼 가스는 여전히 차가운 저장소에서 열을 흡수합니까?

• 아니요. 사이클을 역전시키면 열을 흡수하는 저장소도 역전됩니다.
• 역순환은 어느 저장소와도 열을 교환하지 않습니다.
• 그렇습니다. 역사이클은 차가운 쪽에서 열을 흡수하고 더 많은 열을 뜨거운 쪽으로 내보냅니다. 이를 위해 입력 작업을 사용합니다.

2 · 설정

1. carnot-fridge 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. carnot-cycle와 동일한 4개의 다리가 역순으로 실행됩니다.
2. per-leg 작업 판독값과 냉방/난방 COP 판독값을 활성화합니다.
3. 주기의 각 구간(1~4)에 대해 구간의 목표 부피와 해당 구간 동안 가스가 수행한 작업을 읽습니다.

3 · 데이터 수집

다리를 순서대로 따라가며 PV 다이어그램을 스케치합니다. 이동 방향(시계 방향 또는 시계 반대 방향)을 carnot-cycle 실험 다이어그램과 비교하세요.

4 · 분석

1. 4개 다리의 작업 값을 합산합니다. 전체(가스에 의해 수행된 순 작업)는 음수가 되어야 합니다. 즉, 순 작업이 가스에 공급되어야 함을 의미합니다. 냉각 COP = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 및 가열 COP = Th/(Th − Tc) = 2.0을 계산합니다.
2. 여기의 다리 순서를 carnot-cycle 의 다리 순서와 비교하세요. 동일한 4개 다리의 순서를 간단히 바꾸는 것이 엔진(순 운동 출력)에서 냉장고(순 운동 입력)로 사이클을 바꾸는 방법을 설명하십시오.

5 · 확장

1. 냉각 COP 1.0은 냉장고가 공급된 일 1J마다 차가운 공간에서 1J의 열을 이동한다는 것을 의미합니다. 난방 COP 2.0(히트펌프 모드)은 일 1J당 따뜻한 공간에 2J의 열을 전달한다는 의미입니다. 동일한 저장소에 대해 COP_heat가 항상 COP_cool보다 정확히 1 더 많은 이유를 설명하십시오.
2. 엔진 효율(항상 ≤ 1)과 달리 COP는 1을 초과할 수 있습니다. 이는 에너지 보존을 위반하는 것이 아닙니다. COP > 1이 가능한 이유를 설명하십시오. 전달된 추가 에너지는 무에서 생성되는 것이 아니라 냉각되는 저장소에서 나옵니다.

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