Termodinamika

Šaldytuvas (atvirkštinis Karno)

Vykdyk atvirkščiai: įvestas darbas perpumpuoja šilumą šalta→karšta (COP = Tc/(Th−Tc)).

Šaldytuvas (atvirkštinis Karno) — interaktyvi Termodinamika simuliacija. Vykdyk atvirkščiai: įvestas darbas perpumpuoja šilumą šalta→karšta (COP = Tc/(Th−Tc)). Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.

Šaldytuvo COP

Vykdyk atvirkščiai: įvestas darbas perpumpuoja šilumą šalta→karšta (COP = Tc/(Th−Tc)).

Šaldytuvas — šiluminis variklis, paleistas atgal: elektrinis darbas varo šilumą iš šaltojo vidaus į šiltąjį kambarį. Darbo koeficientas COP = Q_c/W gali viršyti 1, nes perpumpuota šiluma didesnė už tiektą darbą — skirtingai nei naudingumo koeficientas, visada ≤ 1.

• COP = T_c/(T_h−T_c)
• Darbo įvestis

Tyrimo santrauka

Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją

Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.

Pagrindinis klausimas

Paleidus Karno ciklą atgal, variklys tampa šaldytuvu — grynasis darbas eina Į VIDŲ vietoj išėjimo. Ar dujos vis tiek sugeria šilumą iš šaltojo rezervuaro, kaip realus šaldytuvas traukdamas šilumą iš savo vidaus?

Svarstytini spėjimai

• Ne — ciklo apvertimas apverčia ir tai, kuris rezervuaras sugeria šilumą.
• Atvirkštinis ciklas nesikeičia šiluma su nė vienu rezervuaru.
• Taip — atvirkštinis ciklas sugeria šilumą iš šaltosios pusės ir išmeta daugiau šilumos į karštąją pusę, naudodamas įvestą darbą.

Kintamųjų vaidmenys

Ką tu nustatai:

• Kojos numeris

Ką tu matauji:

• Kojos taikinio tūris V (L)
• Dujų atliktas darbas šioje kojoje (J)

Kaip vyksta tyrimas

1. Atidaryk „Atvirkštinis Karno ciklas“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Tos pačios 4 kojos kaip „Karno ciklas“ veikia atvirkštine tvarka.
2. Įjunk kojų darbo rodmuo ir vėsinimo bei šildymo COP rodmenis.
3. Kiekvienai ciklo kojai (nuo 1 iki 4) nuskaityk kojos taikinio tūrį ir dujų atliktą darbą per tą koją.

Valdančioji lygtis

Šaldytuvo darbo koeficientas — COP = Tc / (Th − Tc)

Atvirkštinio Karno ciklo vėsinimo rodiklis matuojamas COP_cool = Tc/(Th − Tc): kiek šilumos pašalinama iš šaldomosios erdvės vienetui tiekiamo darbo. Mažesni temperatūrų tarpai duoda geresnį (aukštesnį) COP.

Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti

• Sudėk savo 4 kojų darbo reikšmes — suma (grynasis dujų atliktas darbas) turėtų gautis neigiama, reiškiant, kad grynasis darbas turi būti tiekiamas DUJOMS. Apskaičiuok vėsinimo COP = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 ir šildymo COP = Th/(Th − Tc) = 2.0.
• Palygink kojų eilę čia su „Karno ciklas“ kojų eile. Paaiškink, kaip paprasčiausiai apverčiant tų pačių 4 kojų seką ciklas virsta iš variklio (grynasis darbas laukan) į šaldytuvą (grynasis darbas vidun).

Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų

• Vėsinimo COP 1.0 reiškia, kad šaldytuvas perkelia 1 J šilumos iš šaldomosios erdvės už kiekvieną 1 J tiekiamo darbo. Šildymo COP 2.0 (šiluminio siurblio režimas) reiškia, kad jis pristato 2 J šilumos šiltajai erdvei už 1 J darbo. Paaiškink, kodėl COP_heat visada yra tiksliai 1 didesnis už COP_cool tiems patiems rezervuarams.
• Skirtingai nei variklio naudingumas (visada ≤ 1), COP gali viršyti 1 — tai ne energijos tvermės pažeidimas. Paaiškink, kodėl COP > 1 įmanomas: papildoma pristatoma energija ateina iš šaldomojo rezervuaro, o ne sukurta iš nieko.

• 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. Sveiki atvykę prie Karno šaldytuvo
2. Pasirink kamerą
3. Spausk Leisti
4. Šaldytuvo COP
5. Atidaryk Savybių skydą
6. Tau pavyko!

Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.

Atidaryk interaktyvią laboratoriją →

Atsisiųsti darbo lapą →

Šiluminiai varikliai ir Karno naudingumas