Termodinamika

Otto cikls

Benzīna dzinēja cikls: divi adiabātiskie + divi izohoriskie.

Otto cikls — interaktīva Termodinamika simulācija. Benzīna dzinēja cikls: divi adiabātiskie + divi izohoriskie. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.

Otto cikls

Benzīna dzinēja cikls: divi adiabātiskie + divi izohoriskie.

Otto cikls modelē aizdedzes dzinēju: ātra degšana gandrīz pastāvīgā tilpumā paaugstina spiedienu, tad adiabātiska izplešanās veic darbu, tad izplūde pastāvīgā tilpumā. Tas ir mazāk efektīvs nekā Karno pie tām pašām temperatūras robežām, jo siltums tiek pievienots mainīgā temperatūrā.

• η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
• Benzīna dzinējs

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

Otto cikls (adiabātiska saspiešana, izohoriska sildīšana, adiabātiska izplešanās, izohoriska dzesēšana) modelē benzīna dzinēju. Atšķirībā no Karno cikla divi tā posmi ir pastāvīgā tilpumā, nevis pastāvīgā temperatūrā. Vai šo pastāvīgā tilpuma posmu laikā gāze veic kādu darbu?

Prognozes, ko svērt

• Darbs tomēr tiek veikts, jo spiediens mainās šajos posmos.
• Pastāvīgā tilpuma posmi veic negatīvu darbu.
• Pastāvīgā tilpuma posmos darbs netiek veikts, tā kā W = PΔV un ΔV = 0.

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 Otto cikla eksperimentu un nospied Atiestatīt. 1 mol slāpekļa (f = 5) saspiežas no 0.04 m³ uz 0.01 m³, tad silda pastāvīgā tilpumā līdz 900 K.
2. Ieslēdz darba un siltuma rādījumus pa posmiem.
3. Katram cikla posmam (1 līdz 4) nolasi posma mērķa tilpumu un gāzes veikto darbu šajā posmā.

Noteicošais vienādojums

Otto cikla lietderība — η = W / Qin

Idealizētam Otto ciklam lietderība atkarīga tikai no saspiešanas attiecības r = V₁/V₂ un gāzes siltumietilpību attiecības γ: η = 1 − 1/r^(γ−1). Augstākas saspiešanas attiecības dod augstāku lietderību.

Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt

• Apstiprini, ka 2. un 4. posms (izohoriskie) rāda W = 0 tavā tabulā, kamēr 1. un 3. (adiabātiskie) rāda nenulles darbu. Izrēķini saspiešanas attiecību r = V₁/V₂ = 4 un cikla lietderību η = 1 − 1/r^(γ−1) ar γ = 1.4.
• Šī cikla neto darbs ir pozitīvs, kaut puse tā posmu veic nulles darbu. Izskaidro, kā divi adiabātiskie posmi vieni paši var radīt neto pozitīvu darba izvadi.

Kur tas parādās ārpus laboratorijas

• Īstie benzīna dzinēji ir ierobežoti līdz saspiešanas attiecībām ap 10–12 (augstākas attiecības izraisa priekšlaicīgu aizdedzi/detonāciju). Izmantojot η = 1 − 1/r^(γ−1), izskaidro, kāpēc dzinēju projektētāji cenšas pēc augstākām saspiešanas attiecībām, kad iespējams.
• Dīzeļdzinējs izmanto citu ciklu (izobarisku sildīšanu izohoriskas vietā), bet līdzīgu adiabātiskās saspiešanas ideju. Abi paļaujas uz adiabātiskiem posmiem, lai pārvērstu saspiešanas darbu augstākās temperatūrās. Kāpēc siltuma zudumu minimizēšana saspiešanas laikā ir svarīga abiem dizainiem?

• 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 Otto cikla eksperimentā
2. Atlasīts kameru
3. Nospied „Atskaņot”
4. Benzīna dzinēja cikls
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