Termodinamika

Stirlinga cikls

Divi izotermiskie + divi izohoriskie ar reģenerāciju.

Stirlinga cikls — interaktīva Termodinamika simulācija. Divi izotermiskie + divi izohoriskie ar reģenerāciju. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.

Stirlinga cikls

Divi izotermiskie + divi izohoriskie ar reģenerāciju.

Stirlinga cikls izmanto reģeneratoru, lai uzkrātu siltumu pastāvīgā tilpuma soļos un atdotu to vēlāk, ideālā dizainā tuvinoties Karno veiktspējai. Īstie Stirlinga dzinēji maina sarežģītību pret klusāku darbību un elastīgiem siltuma avotiem.

• Divas izotermas + reģenerācija
• η_Carnot ideālā robežā

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

Stirlinga cikls izmanto 2 izotermiskos posmus un 2 izohoriskos posmus, nevis adiabātiskus vispār. Tā lietderība var principā sasniegt Karno vērtību, ja perfekts „reģenerators” pārstrādā siltumu starp izohoriskajiem posmiem. Bez ideāla reģeneratora, vai vienkāršā cikla lietderība, ko tu izmēri, atpaliek no Karno robežas?

Prognozes, ko svērt

• Jā — bez reģeneratora šī cikla bruto lietderība ir zem Karno robežas tiem pašiem diviem rezervuāru temperatūrām.
• Lietderība ir tieši vienāda ar Karno robežu neatkarīgi no reģenerācijas.
• Lietderība pārsniedz Karno robežu.

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 Stirlinga cikla eksperimentu un nospied Atiestatīt. 1 mol argona ciklo starp 600 K un 300 K, izmantojot tikai izotermiskos un izohoriskos posmus.
2. Ieslēdz darbu pa posmiem un cikla lietderības rādījumus.
3. Katram cikla posmam (1 līdz 4) nolasi posma mērķa tilpumu un gāzes veikto darbu šajā posmā.

Noteicošais vienādojums

Karno robeža cikla lietderībai — η_c = 1 − Tc / Th

Neviens cikls, kas darbojas starp temperatūrām Tc un Th — Stirlinga ieskaitot — nevar pārsniegt Karno lietderību η_c = 1 − Tc/Th. Īsts (nereģenerēts) Stirlinga cikls atpaliek no šīs robežas, jo tas izmet neatgūtu siltumu izohoriskās dzesēšanas posmā.

Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt

• Apstiprini, ka 2. un 4. posms (izohoriskie) rāda W = 0. Saskaiti visu 4 posmu darbu neto cikla darbam un salīdzini cikla lietderības rādījumu ar Karno robežu η_c = 1 − 300/600 = 0.5.
• Šī cikla bruto lietderība (bez ideāla reģeneratora, kas atgūst izohorisko posmu siltumu) paliek zem 0.5. Izskaidro, izmantojot pirmo likumu, kāpēc siltums, kas izmests izohoriskās dzesēšanas posma laikā, apzīmē enerģiju, ko vienkāršais dzinējs neatgūst.

Kur tas parādās ārpus laboratorijas

• Īsts Stirlinga dzinējs izmanto reģeneratoru — sietu, kas uzkrāj siltumu, kas izlaists izohoriskās dzesēšanas laikā, un atdod to izohoriskās sildīšanas laikā. Izskaidro, kāpēc perfekts reģenerators ļautu šim ciklam tuvoties Karno lietderībai pat bez adiabātiskiem posmiem.
• Stirlinga dzinēji ir augstu vērtēti par spēju darboties ar jebkuru ārēju siltuma avotu (saules, atkritumu siltums, pat temperatūru starpības kosmosā), nevis prasīt iekšēju degšanu. Kāpēc slēgta cikla dzinējs ar ārēju sildīšanu var būt pievilcīgs šiem pielietojumiem?

• 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 Stirlinga cikla eksperimentā
2. Atlasīts kameru
3. Nospied „Atskaņot”
4. Reģeneratīvais 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