Kitaran Otto: Model Terideal Enjin Petrol

1 · Ramal

Kitaran Otto (mampatan adiabatik, pemanasan isokor, pengembangan adiabatik, penyejukan isokor) memodelkan enjin petrol. Tidak seperti kitaran Carnot, dua kakinya berada pada isipadu malar dan bukannya suhu malar. Semasa kaki isipadu-malar itu, adakah gas melakukan sebarang kerja?

2 · Susun

  1. Buka praset kitaran-otto dan tekan Set semula. 1 mol nitrogen (f = 5) memampat daripada 40 L ke 10 L, kemudian memanas pada isipadu malar kepada 900 K.
  2. Aktifkan bacaan kerja dan haba 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. Tanda kaki mana yang segmen isipadu-malar (menegak) dan sahkan bacaan kerja anda 0 di situ.

4 · Analisis

  1. Sahkan kaki 2 dan 4 (kaki isokor) menunjukkan W = 0 dalam jadual anda, sementara kaki 1 dan 3 (adiabatik) menunjukkan kerja bukan sifar. Kira nisbah mampatan r = V₁/V₂ = 4 dan kecekapan kitaran η = 1 − 1/r^(γ−1) menggunakan γ = 1.4.
  2. Kerja bersih kitaran ini positif walaupun separuh kakinya melakukan kerja sifar. Terangkan bagaimana dua kaki adiabatik sahaja boleh menghasilkan output kerja bersih positif.

5 · Lanjutkan

  1. Enjin petrol sebenar terhad kepada nisbah mampatan sekitar 10-12 (nisbah lebih tinggi menyebabkan pra-penyalaan/ketukan). Menggunakan η = 1 − 1/r^(γ−1), terangkan mengapa pereka enjin mengejar nisbah mampatan lebih tinggi apabila mungkin.
  2. Enjin Diesel menggunakan kitaran berbeza (pemanasan isobar dan bukannya isokor) tetapi idea mampatan-adiabatik yang serupa. Kedua-duanya bergantung pada kaki adiabatik untuk menukar kerja mampatan kepada suhu lebih tinggi. Mengapa meminimumkan kehilangan haba semasa mampatan penting bagi kedua-dua reka bentuk?

Fizik di Sebalik Eksperimen Ini

Kecekapan Kitaran-Otto

Bagi kitaran Otto terideal, kecekapan bergantung hanya pada nisbah mampatan r = V₁/V₂ dan nisbah muatan-haba gas γ: η = 1 − 1/r^(γ−1). Nisbah mampatan lebih tinggi memberi kecekapan lebih tinggi.

← Kembali ke eksperimen

Termodinamik

138 Lembaran Kerja Makmal Fizik Boleh Cetak Percuma