Atvirkštinis Karno ciklas: šaldytuvas

1 · Spėk

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?

2 · Paruošk

  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.

3 · Rink duomenis

Kojos numerisKojos taikinio tūris V (L)Dujų atliktas darbas šioje kojoje (J)
1
2
3
4

Eskizuok P-V diagramą, vesdamas kojas eilės tvarka. Palygink keliavimo kryptį (pagal laikrodžio rodyklę ar prieš) su „Karno ciklas“ eksperimento diagrama.

4 · Analizuok

  1. 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.
  2. 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).

5 · Išplėsk

  1. 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.
  2. 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.

Fizika už šio eksperimento

Šaldytuvo darbo koeficientas

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.

← Grįžti prie eksperimento

Termodinamika

138 nemokami spausdinami fizikos darbo lapai