Termodinamika

Karno cikls

Visefektīvākais cikls: η = 1 − Tc/Th.

Karno cikls — interaktīva Termodinamika simulācija. Visefektīvākais cikls: η = 1 − Tc/Th. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.

Karno lietderība

Visefektīvākais cikls: η = 1 − Tc/Th.

Karno dzinējs darbojas atgriezeniski starp diviem rezervuāriem. Katrs posms ir vai nu izotermisks (siltuma apmaiņa fiksētā T), vai adiabātisks (bez siltuma). Neviena īsta mašīna nevar pārsniegt šo lietderību, jo neatgriezeniskbaums izšķiež lietderīgo enerģiju kā entropijas ražošanu.

• η = 1 − T_c/T_h
• Maksimālā η

Izpētes kopsavilkums

Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju

Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.

Virzošais jautājums

Karno dzinējs izvada gāzi cauri 4 posmiem (izotermiska izplešanās, adiabātiska izplešanās, izotermiska saspiešana, adiabātiska saspiešana) atpakaļ uz sākuma stāvokli. Vai gāzes iekšējā enerģija mainās pāri vienam pilnam ciklam?

Prognozes, ko svērt

• Iekšējā enerģija pieaug pāri ciklam, tā kā gāze veic neto pozitīvu darbu.
• Iekšējā enerģija atgriežas sākuma vērtībā — nulles neto izmaiņa pāri slēgtam ciklam.
• Iekšējā enerģija samazinās pāri ciklam.

Lielumu lomas

Ko tu iestati:

• Posma numurs

Ko tu mēri:

• Posma mērķa tilpums V (L)
• Gāzes veiktais darbs šajā posmā (J)

Kā izpēte norit

1. Atver Karno cikla eksperimentu un nospied Atiestatīt. 1 mol argona (f = 3) ciklo starp 600 K karsto rezervuāru un 300 K auksto rezervuāru.
2. Ieslēdz darbu pa posmiem rādījumu.
3. Katram cikla posmam (1 līdz 4) nolasi posma mērķa tilpumu un gāzes veikto darbu šajā posmā.

Noteicošais vienādojums

Karno lietderība — η_c = 1 − Tc / Th

Maksimāli iespējamā jebkura siltuma dzinēja lietderība, kas darbojas starp karsto rezervuāru Th un auksto Tc, atkarīga tikai no to temperatūru attiecības: η_c = 1 − Tc/Th.

Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt

• Saskaiti savu 4 posmu darba vērtības. Salīdzini kopsummu ar nR(Th − Tc)·ln(2) (aptuveni, šī cikla tilpumu attiecībām), un salīdzini cikla lietderību η = W_net/Qin ar Karno vērtību η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300/600 = 0.5.
• Diviem posmiem ir pozitīvs darbs (izplešanās) un diviem negatīvs (saspiešana). Izskaidro, kāpēc *neto* darbs pāri pilnam ciklam tomēr ir pozitīvs, padarot to par siltuma dzinēju, nevis neko nedaroso cilpu.

Kur tas parādās ārpus laboratorijas

• Neviens īsts dzinējs, kas darbojas starp tām pašām divām rezervuāru temperatūrām, nevar pārspēt Karno lietderību. Izskaidro, izmantojot η_c = 1 − Tc/Th, kāpēc dzinējs varētu sasniegt 100% lietderību tikai tad, ja Tc = 0 K — fizikāli nesasniedzami.
• Karno cikls ir būvēts pilnīgi no atgriezeniskiem soļiem (izotermiskiem un adiabātiskiem, abus idealizētus kā bezgalīgi lēnus). Izskaidro, kāpēc īsts dzinējs, kam neizbēgami ir berze un galīga ātruma siltuma pārnese, nekad gluži nesasniedz šo ideālo lietderību.

• 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. Sveicināts Karno cikla eksperimentā
2. Atlasīts kameru
3. Nospied „Atskaņot”
4. Maksimālā lietderība
5. Atver Īpašību paneli
6. Tev izdevās!

Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.

Atvērt interaktīvo laboratoriju →

Lejupielādēt darba lapu →

Siltuma dzinēji un Karno lietderība