कार्नो चक्र: शक्य असलेली कमाल इंजिन कार्यक्षमता

1 · अनुमान

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?

• 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.

2 · मांडणी

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.

3 · डेटा गोळा करा

सर्व 4 पायऱ्यांसाठी P-V आलेख रेखाटा, प्रत्येक पायरी समतापी की रुद्धोष्म व वायूचे कार्य धन की ऋण ते खूण करा.

4 · विश्लेषण

1. 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.
2. 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.

5 · विस्तार

1. 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.
2. 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.

या प्रयोगामागील भौतिकशास्त्र

← प्रयोगाकडे परत

138 मोफत मुद्रणयोग्य भौतिकशास्त्र प्रयोगशाळा कार्यपत्रिका