स्टर्लिंग चक्र: पुनर्योजनासह समतापी पायऱ्या

1 · अनुमान

स्टर्लिंग चक्र 2 समतापी व 2 समघनफळी पायऱ्या वापरते, रुद्धोष्म पायऱ्या अजिबात नाहीत. परफेक्ट "पुनर्योजक" समघनफळी पायऱ्यांदरम्यान उष्णता पुनर्चक्रित करू शकल्यास तिची कार्यक्षमता तत्त्वतः कार्नो मूल्याला जुळू शकते. आदर्श पुनर्योजक नसताना, तुम्ही मोजलेली साध्या चक्राची कार्यक्षमता कार्नो मर्यादेखाली राहते का?

• हो — पुनर्योजक नसताना या चक्राची कच्ची कार्यक्षमता त्याच दोन भांडार-तापमानांसाठी कार्नो मर्यादेखाली.
• कार्यक्षमता पुनर्योजनाची पर्वा न करता नेमकी कार्नो मर्यादेइतकी.
• कार्यक्षमता कार्नो मर्यादेवर जाते.

2 · मांडणी

1. स्टर्लिंग-सायकल प्रीसेट उघडा व पुन्हा सेट दाबा. 1 mol आर्गॉन फक्त समतापी व समघनफळी पायऱ्या वापरून 600 K आणि 300 K दरम्यान चक्र करतो.
2. प्रति-पायरी कार्य वाचन व चक्र-कार्यक्षमता 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, 2 समतापी (वक्र) व 2 समघनफळी (उभे) भाग खूण करा.

4 · विश्लेषण

1. पायरी 2 व 4 (समघनफळी) W = 0 दाखवतात याची पुष्टी करा. निव्वळ चक्र-कार्यासाठी सर्व 4 पायर्यांची कार्य बेरीज करा, व चक्राचे कार्यक्षमता-वाचन कार्नो मर्यादा η_c = 1 − 300/600 = 0.5 शी तुलना करा.
2. (आदर्श पुनर्योजक समघनफळी पायऱ्यांची उष्णता परत न घेता) या चक्राची कच्ची कार्यक्षमता 0.5 खाली राहते. प्रथम नियम वापरून, समघनफळी-शीतन पायरीत टाकलेली उष्णता म्हणजे साधे इंजिन परत न घेणारी ऊर्जा का ते स्पष्ट करा.

5 · विस्तार

1. खरे स्टर्लिंग इंजिन पुनर्योजक वापरते — जाळी जी समघनफळी शीतनात सुटलेली उष्णता साठवून समघनफळी तापनात परत देते. परफेक्ट पुनर्योजकामुळे हे चक्र रुद्धोष्म पायऱ्या नसतानाही कार्नो कार्यक्षमतेजवळ का जाऊ शकते ते स्पष्ट करा.
2. स्टर्लिंग इंजिनांना कोणताही बाहेरचा उष्णता-स्रोत (सौर, वाया उष्णता, अवकाशातील तापमान-फरकही) चालवता येते म्हणून किंमत मिळते — आतल्या ज्वलनाची गरज नाही. बाहेरच्या तापनासह बंद-चक्र इंजिन त्या उपयोगांसाठी आकर्षक का असू शकते?

या प्रयोगामागील भौतिकशास्त्र

← प्रयोगाकडे परत

138 मोफत मुद्रणयोग्य भौतिकशास्त्र प्रयोगशाळा कार्यपत्रिका