Karno cikls: maksimāli iespējamā dzinēja lietderība

1 · Prognozē

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?

• 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.

2 · Iestati

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.

3 · Vāc datus

Uzzīmē P–V diagrammu visiem 4 posmiem, atzīmējot, vai katrs posms ir izotermisks vai adiabātisks un vai gāze veic pozitīvu vai negatīvu darbu.

4 · Analizē

1. 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.
2. 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.

5 · Paplašina

1. 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.
2. 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.

Fizika aiz šī eksperimenta

← Atpakaļ pie eksperimenta

138 bezmaksas drukājamas fizikas darba lapas