उष्मागतिशास्त्र

कार्नो चक्र

सर्वाधिक कार्यक्षम चक्र: η = 1 − Tc/Th.

कार्नो चक्र — संवादी उष्मागतिशास्त्र सिम्युलेशन. सर्वाधिक कार्यक्षम चक्र: η = 1 − Tc/Th. थेट SI मापने व मार्गदर्शित ट्युटोरियलसह मोफत, ब्राउझरवर चालणारी आभासी भौतिकशास्त्र प्रयोगशाळा.

कार्नो कार्यक्षमता

सर्वाधिक कार्यक्षम चक्र: η = 1 − Tc/Th.

कार्नो इंजिन दोन भांडाऱ्यांदरम्यान प्रत्यावर्तीपणे चालते. प्रत्येक पायरी एकतर समतापी (स्थिर T वर उष्णता-विनिमय) किंवा रुद्धोष्म (उष्णता नाही) असते. अप्रत्यावर्तनपणा उपयुक्त ऊर्जा एन्ट्रॉपी-निर्मितीत वाया घालवल्याने खरे इंजिन या कार्यक्षमतेवर जाऊ शकत नाही.

• η = 1 − T_c/T_h
• कमाल η

अन्वेषण सारांश

प्रयोगशाळा उघडण्यापूर्वी प्रश्नच आखा

सारांश पूर्व-स्वरूपित पानासारखाच आहे: मार्गदर्शक प्रश्न, स्पर्धक अनुमान, चलांच्या भूमिका, प्रमुख नियम, मांडणी, विश्लेषण व विस्तार सूचना दिसत राहतात आणि याच क्रमाने.

मार्गदर्शक प्रश्न

कार्नो इंजिन वायूला 4 पायऱ्यांतून (समतापी प्रसरण, रुद्धोष्म प्रसरण, समतापी संपीडन, रुद्धोष्म संपीडन) सुरुवातीच्या अवस्थेत परत नेते. एका पूर्ण चक्रात वायूची आंतरिक ऊर्जा बदलते का?

विचारात घेण्याचे अनुमान

• चक्रात आंतरिक ऊर्जा वाढते, कारण वायू निव्वळ धन कार्य करतो.
• आंतरिक ऊर्जा सुरुवातीच्या मूल्यावर परत येते — बंद चक्रात निव्वळ बदल शून्य.
• चक्रात आंतरिक ऊर्जा घसरते.

चलांच्या भूमिका

तुम्ही काय निश्चित करता:

• पायरी क्रमांक

तुम्ही काय मापता:

• पायरीचे लक्ष्य घनफळ V (L)
• या पायरीत वायूने केलेले कार्य (J)

तपासणी कशी चालते

1. कार्नो-सायकल प्रीसेट उघडा व पुन्हा सेट दाबा. 1 mol आर्गॉन (f = 3) 600 K गरम व 300 K थंड भांडाऱ्यांदरम्यान चक्र करतो.
2. प्रति-पायरी कार्य वाचन सुरू करा.
3. चक्राच्या प्रत्येक पायरीसाठी (1 ते 4), त्या पायरीचे लक्ष्य घनफळ व त्या पायरीत वायूने केलेले कार्य वाचा.

मूलभूत समीकरण

कार्नो कार्यक्षमता — η_c = 1 − Tc / Th

गरम भांडार Th व थंड भांडार Tc दरम्यान चालणाऱ्या कोणत्याही उष्मा इंजिनाची शक्य असलेली कमाल कार्यक्षमता फक्त त्यांच्या तापमान-गुणोत्तरावर अवलंबून: η_c = 1 − Tc/Th.

छापण्यायोग्य कार्यपत्रिका विद्यार्थ्यांकडून काय काढून घेते

• तुमच्या 4 पायर्यांची कार्य मूल्ये बेरीज करा. बेरजेची nR(Th − Tc)·ln(2) शी (सुमारे, या चक्राच्या घनफळ-गुणोत्तरांसाठी) तुलना करा, व चक्राची कार्यक्षमता η = W_net/Qin कार्नो मूल्य η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300/600 = 0.5 शी तुलना करा.
• दोन पायऱ्यांचे कार्य धन (प्रसरण) व दोनचे ऋण (संपीडन). पूर्ण चक्रातील *निव्वळ* कार्य तरीही धन का राहते — हे उष्मा इंजिन बनवते, काही न करणारे लूप नाही — ते स्पष्ट करा.

प्रयोगशाळेबाहेर हे कुठे दिसते

• त्याच दोन भांडार-तापमानांदरम्यान चालणारे कोणतेही खरे इंजिन कार्नो कार्यक्षमतेवर जाऊ शकत नाही. η_c = 1 − Tc/Th वापरून, इंजिन 100% कार्यक्षमता कधीच गाठू शकत नाही — फक्त Tc = 0 K ला, जे भौतिकदृष्ट्या अपोहोच — ते स्पष्ट करा.
• कार्नो चक्र पूर्णपणे प्रत्यावर्ती पायऱ्यांपासून बनलेले आहे (समतापी व रुद्धोष्म, दोन्ही अनंत हळू अशा आदर्शरूपात). घर्षण व मर्यादित-वेग उष्णता-हस्तांतरण असलेले खरे इंजिन या आदर्श कार्यक्षमतेपर्यंत कधीच पोहोचू शकत नाही का ते स्पष्ट करा.

• 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. कार्नो चक्रामध्ये स्वागत आहे
2. कक्ष निवडा
3. प्ले दाबा
4. कमाल कार्यक्षमता
5. गुणधर्म पॅनेल उघडा
6. तुम्ही केले!

दृश्य बांधण्यासाठी, प्ले दाबण्यासाठी आणि थेट मापने व मार्गदर्शित ट्युटोरियलसह एक्सप्लोर करण्यासाठी संवादी सिम्युलेशन उघडा.

संवादी प्रयोगशाळा उघडा →

कार्यपत्रिका डाउनलोड करा →

ऊष्मा इंजिन व कार्नो कार्यक्षमता