उलट कार्नो चक्र: रेफ्रिजरेटर
1 · अनुमान
कार्नो चक्र उलट चालवल्यावर इंजिन रेफ्रिजरेटर बनते — निव्वळ कार्य बाहेर येण्याऐवजी आत जाते. वायू अजूनही थंड भांडाऱ्यातून उष्णता शोषतो का, खऱ्या फ्रिजप्रमाणे आतील भागातून उष्णता काढतो?
- नाही — चक्र उलट केल्यावर कोण भांडार उष्णता शोषते तेही उलट होते.
- उलट चक्र कोणत्याही भांडाऱ्याशी उष्णता देवाणघेवाण करत नाही.
- हो — उलट चक्र थंड बाजूतून उष्णता शोषून गरम बाजूत अधिक उष्णता टाकते, ते करण्यासाठी इनपुट कार्य वापरून.
2 · मांडणी
- कार्नो-फ्रिज प्रीसेट उघडा व पुन्हा सेट दाबा. कार्नो-चक्राच्या त्याच 4 पायऱ्या उलट क्रमाने चालतात.
- प्रति-पायरी कार्य वाचन, व शीतन/तापन COP वाचने सुरू करा.
- चक्राच्या प्रत्येक पायरीसाठी (1 ते 4), त्या पायरीचे लक्ष्य घनफळ व त्या पायरीत वायूने केलेले कार्य वाचा.
3 · डेटा गोळा करा
| पायरी क्रमांक | पायरीचे लक्ष्य घनफळ V (L) | या पायरीत वायूने केलेले कार्य (J) |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 |
P-V आलेख रेखाटा, पायऱ्या क्रमाने रेखांकित करा. फिरण्याची दिशा (घड्याळाची किंवा उलट) कार्नो-चक्र प्रयोगाच्या आलेखाशी तुलना करा.
4 · विश्लेषण
- तुमच्या 4 पायर्यांची कार्य मूल्ये बेरीज करा — बेरजा (वायूने केलेले निव्वळ कार्य) ऋण येतो, म्हणजे निव्वळ कार्य वायूला पुरवावे लागते. शीतन COP = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 व तापन COP = Th/(Th − Tc) = 2.0 काढा.
- इथील पायरी-क्रम कार्नो-चक्राच्या पायरी-क्रमाशी तुलना करा. त्याच 4 पायऱ्यांची मालिका उलट केल्यावर चक्र इंजिन (निव्वळ कार्य बाहेर) पासून रेफ्रिजरेटर (निव्वळ कार्य आत) मध्ये कसे बदलते ते स्पष्ट करा.
5 · विस्तार
- 1.0 शीतन COP म्हणजे प्रत्येक 1 J कार्यासाठी फ्रिज थंड जागेतून 1 J उष्णता बाहेर काढतो. 2.0 तापन COP (उष्णता-पंप पद्धत) म्हणजे प्रत्येक 1 J कार्यासाठी गरम जागेत 2 J उष्णता देतो. त्याच भांडाऱ्यांसाठी COP_heat नेमका COP_cool पेक्षा 1 जास्त का असतो ते स्पष्ट करा.
- इंजिन कार्यक्षमतेप्रमाणे नाही (नेहमी ≤ 1), COP 1 पेक्षा जास्त असू शकतो — तरी ती ऊर्जा संवरकतेचा भंग नाही. COP > 1 कसा शक्य आहे ते स्पष्ट करा: दिलेली अतिरिक्त ऊर्जा शीत केल्या जाणाऱ्या भांडाऱ्यातून येते, सुन्यातून निर्माण होत नाही.
या प्रयोगामागील भौतिकशास्त्र
रेफ्रिजरेटर कार्यक्षमता गुणांक
उलट कार्नो चक्राची शीतन कामगिरी COP_cool = Tc/(Th − Tc) मोजली जाते: प्रति एकक पुरवलेल्या कार्यासाठी थंड जागेतून काढलेली उष्णता. लहान तापमान-अंतरे चांगली (जास्त) COP देतात.
उष्मागतिशास्त्र
- आदर्श वायू नियम: दाब, घनफळ व तापमान
- अणुगतिक सिद्धांत: तापमान व रेणू-चाल
- समतापी संपीडन: स्थिर तापमानावर केलेले कार्य
- समदाबी तापन: स्थिर दाबावर प्रसरण
- समघनफळी तापन: स्थिर घनफळावर दाब-वाढ
- रुद्धोष्म प्रसरण: उष्णता न गमावता गार होणे
- कॅलरिमिट्री: गरम व थंड मिसळणे
- उष्णता वहन: दंडातून उष्णता-प्रवाह
- कार्नो चक्र: शक्य असलेली कमाल इंजिन कार्यक्षमता
- ऑट्टो चक्र: पेट्रोल इंजिनाचे आदर्शीकृत मॉडेल
- स्टर्लिंग चक्र: पुनर्योजनासह समतापी पायऱ्या
- प्रत्यावर्ती समतापी प्रसरणात एन्ट्रॉपी-बदल