Kitaran Stirling: Kaki Isoterma dengan Penjanaan Semula

1 · Ramal

Kitaran Stirling menggunakan 2 kaki isoterma dan 2 kaki isokor, tiada kaki adiabatik langsung. Kecekapannya pada prinsipnya boleh memadankan nilai Carnot jika "penjana-semula" sempurna mengitar semula haba antara kaki isokor. Tanpa penjana-semula ideal, adakah kecekapan kitaran ringkas yang anda ukur ketinggalan di bawah had Carnot?

• Ya -- tanpa penjana-semula, kecekapan mentah kitaran ini berada di bawah had Carnot bagi dua suhu takungan yang sama.
• Kecekapan tepat sama dengan had Carnot tanpa mengira penjanaan semula.
• Kecekapan melebihi had Carnot.

2 · Susun

1. Buka praset kitaran-stirling dan tekan Set semula. 1 mol argon berkitar antara 600 K dan 300 K menggunakan kaki isoterma dan isokor sahaja.
2. Aktifkan bacaan kerja-per-kaki dan bacaan kecekapan-kitaran.
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

Lakarkan rajah P-V bagi kesemua 4 kaki, menanda 2 segmen isoterma (melengkung) dan 2 isokor (menegak).

4 · Analisis

1. Sahkan kaki 2 dan 4 (isokor) menunjukkan W = 0. Jumlahkan kerja kesemua 4 kaki bagi kerja bersih kitaran, dan bandingkan bacaan kecekapan kitaran dengan had Carnot η_c = 1 − 300/600 = 0.5.
2. Kecekapan mentah kitaran ini (tanpa penjana-semula ideal memulihkan haba kaki isokor) kekal di bawah 0.5. Terangkan, menggunakan hukum pertama, mengapa haba yang dibuang semasa kaki penyejukan-isokor mewakili tenaga yang tidak dipulihkan oleh enjin ringkas ini.

5 · Lanjutkan

1. Enjin Stirling sebenar menggunakan penjana-semula -- satu jejaring yang menyimpan haba yang dilepaskan semasa penyejukan isokor dan memulangkannya semasa pemanasan isokor. Terangkan mengapa penjana-semula sempurna akan membolehkan kitaran ini menghampiri kecekapan Carnot walaupun tanpa kaki adiabatik.
2. Enjin Stirling dihargai kerana berjalan pada sebarang sumber haba luaran (solar, haba buangan, malah beza suhu di angkasa) dan bukannya memerlukan pembakaran dalaman. Mengapa enjin kitaran tertutup dengan pemanasan luaran mungkin menarik bagi aplikasi tersebut?

Fizik di Sebalik Eksperimen Ini

← Kembali ke eksperimen

138 Lembaran Kerja Makmal Fizik Boleh Cetak Percuma