Otto cikls: benzīna dzinēja idealizētais modelis

1 · Prognozē

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?

2 · Iestati

  1. Atver Otto cikla eksperimentu un nospied Atiestatīt. 1 mol slāpekļa (f = 5) saspiežas no 40 L uz 10 L, 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.

3 · Vāc datus

Posma numursPosma mērķa tilpums V (L)Gāzes veiktais darbs šajā posmā (J)
1
2
3
4

Uzzīmē P–V diagrammu visiem 4 posmiem. Atzīmē, kuri posmi ir pastāvīgā tilpuma (vertikālie) segmenti, un apstiprini, ka tavi darba rādījumi tur ir 0.

4 · Analizē

  1. 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.
  2. 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.

5 · Paplašina

  1. 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.
  2. 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?

Fizika aiz šī eksperimenta

Otto cikla lietderība

Motora izmērītā lietderības koeficients ir η = W/Q_in — tīrais darbs uz vienību absorbtās siltuma; tieši to parāda citētā formula un tieši to aprēķina jūsu datu tabula. Idealizētā Oto ciklā lietderības koeficients ir atkarīgs tikai no saspiešanas attiecības r = V₁/V₂ un siltumietilpību attiecības γ: η = 1 − 1/r^(γ−1) — lielāka saspiešana, lielāks lietderības koeficients.

← Atpakaļ pie eksperimenta

Termodinamika

138 bezmaksas drukājamas fizikas darba lapas