Stirlinga cikls: izotermiskie posmi ar reģenerāciju

1 · Prognozē

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?

• 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.

2 · Iestati

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.

3 · Vāc datus

Uzzīmē P–V diagrammu visiem 4 posmiem, atzīmējot 2 izotermiskos (izliektos) un 2 izohoriskos (vertikālos) segmentus.

4 · Analizē

1. 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.
2. 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.

5 · Paplašina

1. 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.
2. 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?

Fizika aiz šī eksperimenta

← Atpakaļ pie eksperimenta

138 bezmaksas drukājamas fizikas darba lapas