Karno ciklas: didžiausias įmanomas variklio naudingumas

1 · Spėk

Karno variklis veda dujas per 4 kojas (izoterminis plėtimasis, adiabatinis plėtimasis, izoterminis gaužimas, adiabatinis gaužimas) atgal į pradinę būseną. Ar dujų vidinė energija pasikeičia per vieną pilną ciklą?

• Vidinė energija didėja per ciklą, nes dujos atlieka grynąjį teigiamą darbą.
• Vidinė energija grįžta į pradinę reikšmę — nulinis grynasis pokytis per uždarą ciklą.
• Vidinė energija mažėja per ciklą.

2 · Paruošk

1. Atidaryk „Karno ciklas“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. 1 mol argono (f = 3) cirkuliuoja tarp 600 K karštojo rezervuaro ir 300 K šaltojo rezervuaro.
2. Įjunk kojų darbo rodmuo.
3. Kiekvienai ciklo kojai (nuo 1 iki 4) nuskaityk kojos taikinio tūrį ir dujų atliktą darbą per tą koją.

3 · Rink duomenis

Eskizuok P-V diagramą visoms 4 kojoms, pažymėdamas, ar kiekviena koja izoterminė ar adiabatinė ir ar dujos atlieka teigiamą ar neigiamą darbą.

4 · Analizuok

1. Sudėk savo 4 kojų darbo reikšmes. Palygink sumą su nR(Th − Tc)·ln(2) (apytiksliai, šio ciklo tūrių santykiams) ir palygink ciklo naudingumą η = W_net/Qin su Karno verte η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300/600 = 0.5.
2. Dvi kojos turi teigiamą darbą (plėtimąsi) ir dvi neigiamą (gaužimą). Paaiškink, kodėl *grynasis* darbas per visą ciklą vis tiek teigiamas, darydamas tai šiluminiu varikliu, o nieko nedarančia kilpa.

5 · Išplėsk

1. Joks realus variklys, veikiantis tarp tų pačių dviejų rezervuarų temperatūrų, negali įveikti Karno naudingumo. Paaiškink, naudodamas η_c = 1 − Tc/Th, kodėl variklys galėtų pasiekti 100 % naudingumą tik jei Tc = 0 K — fiziškai nepasiekiama.
2. Karno ciklas pastatytas visas iš grįžtamų žingsnių (izoterminių ir adiabatinių, abu idealizuoti kaip begalo lėti). Paaiškink, kodėl realus variklys, kuriam neišvengiamai yra trinties ir baigtinio greičio šilumos perdavimo, niekada iki galo nepasiekia šio idealaus naudingumo.

Fizika už šio eksperimento

← Grįžti prie eksperimento

138 nemokami spausdinami fizikos darbo lapai