ऑट्टो चक्र: पेट्रोल इंजिनाचे आदर्शीकृत मॉडेल

1 · अनुमान

ऑट्टो चक्र (रुद्धोष्म संपीडन, समघनफळी तापन, रुद्धोष्म प्रसरण, समघनफळी शीतन) पेट्रोल इंजिनाचे मॉडेल करते. कार्नो चक्रापेक्षा वेगळे म्हणजे दोन पायऱ्या स्थिर तापमानाऐवजी स्थिर घनफळावर. त्या स्थिर-घनफळ पायऱ्यांत वायू काही कार्य करते का?

• कार्य तरी होते, कारण त्या पायऱ्यांत दाब बदलतो.
• स्थिर-घनफळ पायऱ्या ऋण कार्य करतात.
• स्थिर-घनफळ पायऱ्यांत कार्य होत नाही, कारण W = PΔV आणि ΔV = 0.

2 · मांडणी

1. ऑट्टो-सायकल प्रीसेट उघडा व पुन्हा सेट दाबा. 1 mol नायट्रोजन (f = 5) 40 L पासून 10 L पर्यंत संपीडित होतो, मग स्थिर घनफळावर 900 K पर्यंत गरम होतो.
2. प्रति-पायरी कार्य व उष्णता वाचने 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. कोणत्या पायऱ्या स्थिर-घनफळ (उभ्या) भाग आहेत ते खूण करा व तिथे तुमची कार्य-वाचने 0 आहेत याची पुष्टी करा.

4 · विश्लेषण

1. पायरी 2 व 4 (समघनफळी) तक्त्यात W = 0 दाखवतात तर पायरी 1 व 3 (रुद्धोष्म) शून्य-नसलेले कार्य दाखवतात याची पुष्टी करा. संपीडन गुणोत्तर r = V₁/V₂ = 4 व चक्र कार्यक्षमता η = 1 − 1/r^(γ−1), γ = 1.4 सह काढा.
2. अर्ध्या पायऱ्या शून्य कार्य करत असूनही या चक्राचे निव्वळ कार्य धन आहे. फक्त दोन रुद्धोष्म पायऱ्या निव्वळ धन कार्य-निर्गमन कसे देऊ शकतात ते स्पष्ट करा.

5 · विस्तार

1. खऱ्या पेट्रोल इंजिनांची संपीडन गुणोत्तरे 10-12 च्या आसपास मर्यादित असतात (जास्त गुणोत्तरांनी आधीच प्रज्वलन/ठोके लागतात). η = 1 − 1/r^(γ−1) वापरून, इंजिन-रचणारे शक्य असेल तेव्हा जास्त संपीडन गुणोत्तरांकडे का झेपावतात ते स्पष्ट करा.
2. डीझेल इंजिन वेगळे चक्र वापरते (समघनफळीऐवजी समदाबी तापन) पण त्याची रुद्धोष्म-संपीडन कल्पना सारखी. दोन्ही संपीडन-कार्याला जास्त तापमानात रूपांतरित करण्यासाठी रुद्धोष्म पायऱ्यांवर अवलंबून असतात. दोन्ही रचनांसाठी संपीडनादरम्यान उष्णता-नुकसान कमी ठेवणे का महत्त्वाचे ते स्पष्ट करा.

या प्रयोगामागील भौतिकशास्त्र

← प्रयोगाकडे परत

138 मोफत मुद्रणयोग्य भौतिकशास्त्र प्रयोगशाळा कार्यपत्रिका