Termodinamika

Ledusskapis (apgrieztais Karno)

Darbojas pretēji: ievadītais darbs sūknē siltumu no aukstā uz karsto (COP = Tc/(Th−Tc)).

Ledusskapis (apgrieztais Karno) — interaktīva Termodinamika simulācija. Darbojas pretēji: ievadītais darbs sūknē siltumu no aukstā uz karsto (COP = Tc/(Th−Tc)). Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.

Ledusskapja COP

Darbojas pretēji: ievadītais darbs sūknē siltumu no aukstā uz karsto (COP = Tc/(Th−Tc)).

Ledusskapis ir siltuma dzinējs, kas darbojas atpakaļgaitā: elektriskais darbs dzī siltumu no aukstā iekšpuses uz silto istabu. Dzesēšanas koeficients COP = Q_c/W var pārsniegt 1, jo piesūknētais siltums ir lielāks par padoto darbu — atšķirībā no lietderības, kas vienmēr ir ≤ 1.

• COP = T_c/(T_h−T_c)
• Darba ievade

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 cikla atpakaļgaitas darbināšana pārvērš dzinēju ledusskapī — neto darbs ieiet IEKŠĀ, nevis iznāk. Vai gāze joprojām uzņem siltumu no aukstā rezervuāra, kā īsts ledusskapis velkot siltumu ārā no sava iekšpuses?

Prognozes, ko svērt

• Nē — cikla apgriešana arī apgriež to, kurš rezervuārs uzņem siltumu.
• Apgriezts cikls neapmaina siltumu ne ar vienu rezervuāru.
• Jā — apgrieztais cikls uzņem siltumu no aukstās puses un izmet vairāk siltuma karstajā pusē, izmantojot ievadīto darbu.

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 ledusskapja eksperimentu un nospied Atiestatīt. Tie paši 4 posmi kā Karno ciklā darbojas apgrieztā secībā.
2. Ieslēdz darbu pa posmiem un dzesēšanas/sildīšanas COP rādījumus.
3. Katram cikla posmam (1 līdz 4) nolasi posma mērķa tilpumu un gāzes veikto darbu šajā posmā.

Noteicošais vienādojums

Ledusskapja dzesēšanas koeficients — COP = Tc / (Th − Tc)

Apgriezta Karno cikla dzesēšanas veiktspēju mēra ar COP_cool = Tc/(Th − Tc): cik daudz siltuma tiek noņemts no aukstās telpas uz darba vienību. Mazāki temperatūru spraugas dod labāku (augstāku) COP.

Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt

• Saskaiti savu 4 posmu darba vērtības — kopsummai (gāzes veiktais neto darbam) vajadzētu iznākt negatīvai, nozīmējot, ka neto darbs jāpievada gāzei. Izrēķini dzesēšanas COP = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 un sildīšanas COP = Th/(Th − Tc) = 2.0.
• Salīdzini posmu secību šeit ar Karno cikla posmu secību. Izskaidro, kā tikai to pašu 4 posmu secības apgriešana pārvērš ciklu no dzinēja (neto darbs ārā) ledusskapī (neto darbs iekšā).

Kur tas parādās ārpus laboratorijas

• Dzesēšanas COP 1.0 nozīmē, ka ledusskapis pārvieto 1 J siltuma ārā no aukstās telpas uz katru 1 J pievienotā darba. Sildīšanas COP 2.0 (siltumsūkņa režīms) nozīmē, ka tas nodod 2 J siltuma siltajai telpai uz 1 J darba. Izskaidro, kāpēc COP_heat vienmēr ir tieši par 1 vairāk nekā COP_cool tiem pašiem rezervuāriem.
• Atšķirībā no dzinēja lietderības (vienmēr ≤ 1), COP var pārsniegt 1 — tas nav enerģijas saglabāšanās pārkāpums. Izskaidro, kāpēc COP > 1 ir iespējams: papildu piegādātā enerģija nāk no dzesējamā rezervuāra, nevis radīta no nekā.

• 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 ledusskapja eksperimentā
2. Atlasīts kameru
3. Nospied „Atskaņot”
4. Ledusskapja COP
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