Kitaran Carnot: Kecekapan Enjin Maksimum yang Mungkin

1 · Ramal

Enjin Carnot membawa gas melalui 4 kaki (pengembangan isoterma, pengembangan adiabatik, mampatan isoterma, mampatan adiabatik) kembali ke keadaan permulaannya. Adakah tenaga dalaman gas berubah sepanjang satu kitaran lengkap?

2 · Susun

  1. Buka praset kitaran-carnot dan tekan Set semula. 1 mol argon (f = 3) berkitar antara takungan panas 600 K dan takungan sejuk 300 K.
  2. Aktifkan bacaan kerja-per-kaki.
  3. Bagi setiap kaki kitaran (1 hingga 4), baca isipadu sasaran kaki itu dan kerja yang dilakukan oleh gas semasa kaki itu.

3 · Kumpul Data

Nombor kakiIsipadu sasaran kaki V (L)Kerja oleh gas pada kaki ini (J)
1
2
3
4

Lakarkan rajah P-V bagi kesemua 4 kaki, menanda sama ada setiap kaki isoterma atau adiabatik dan sama ada gas melakukan kerja positif atau negatif.

4 · Analisis

  1. Tambahkan nilai kerja 4 kaki anda. Bandingkan jumlah dengan nR(Th − Tc)·ln(2) (lebih kurang, bagi nisbah isipadu kitaran ini), dan bandingkan kecekapan kitaran η = W_net/Qin dengan nilai Carnot η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300/600 = 0.5.
  2. Dua kaki mempunyai kerja positif (pengembangan) dan dua negatif (mampatan). Terangkan mengapa kerja *bersih* sepanjang kitaran penuh masih positif, menjadikan ini enjin haba dan bukannya gelung buat-tak-apa.

5 · Lanjutkan

  1. Tiada enjin sebenar yang beroperasi antara dua suhu takungan yang sama boleh mengatasi kecekapan Carnot. Terangkan, menggunakan η_c = 1 − Tc/Th, mengapa enjin boleh mencapai kecekapan 100% hanya jika Tc = 0 K -- tidak tercapai secara fizikal.
  2. Kitaran Carnot dibina sepenuhnya daripada langkah boleh balik (isoterma dan adiabatik, kedua-duanya diidealkan sebagai tak terhingga perlahan). Terangkan mengapa enjin sebenar, yang pasti mempunyai geseran dan pemindahan haba berkelajuan-terhingga, tidak pernah boleh mencapai kecekapan ideal ini.

Fizik di Sebalik Eksperimen Ini

Kecekapan Carnot

Kecekapan maksimum yang mungkin bagi sebarang enjin haba yang beroperasi antara takungan panas Th dan takungan sejuk Tc bergantung hanya pada nisbah suhu mereka: η_c = 1 − Tc/Th.

← Kembali ke eksperimen

Termodinamik

138 Lembaran Kerja Makmal Fizik Boleh Cetak Percuma