Termodinamika

ċiklu ta’ Stirling

Żewġ izotermi + żewġ izokori bir-reġenerazzjoni.

ċiklu ta’ Stirling — simulazzjoni interattiva ta’ Termodinamika. Żewġ izotermi + żewġ izokori bir-reġenerazzjoni. Laboratorju virtwali tal-fiżika b’xejn fil-browser b’kejl SI ħaj u tutorjal gwida.

ċiklu ta’ Stirling

Żewġ izotermi + żewġ izokori b’reġenerazzjoni.

Iċ-ċiklu Stirling juża reġeneratur biex jaħżen is-sħana matul il-passi ta’ volum kostanti u jerġaha jirritorna aktar tard, u jersaq lejn prestazzjoni qisha ta’ Carnot f’disinn ideali. Magni Stirling reali jiskambjaw kumplessità għal ħidma aktar kwietha u sorsi ta’ sħana flessibbli.

• Żewġ izotermi + reġenerazzjoni
• η_Carnot fil-limitu ideali

Sommarju ta’ investigazzjoni

Ippjana l-mistoqsija qabel ma tiftaħ il-lab

Il-brief jgħaqqad mal-paġna pre-renderjata: mistoqsija ewlenija, predizzjonijiet li jikkontestaw, rwoli tal-varjabbli, liġijiet li jirregolaw, s-setup, analiżi u talbiet ta’ estensjoni jibqgħu viżibbli u f’dan l-ordni.

Mistoqsija ta’ tmexxija

Iċ-ċiklu Stirling juża 2 waqfiet izotermali u 2 izokorali, bla l-ebda waqfa adijabatika. L-effiċjenza tiegħu tista’ fil-prinċipju tilħaq il-valur ta’ Carnot jekk “reġeneratur” perfett jirriċikla s-sħana bejn il-waqfiet izokorali. Bla reġeneratur ideali, l-effiċjenza sempliċi taċ-ċiklu li tkejjel toqgħodx inqas mil-limitu ta’ Carnot?

Predizzjonijiet biex jitqiesu

• Iva — bla reġeneratur, l-effiċjenza mhux raffinata ta’ dan iċ-ċiklu toqgħod taħt il-limitu ta’ Carnot għall-istess żewġ temperaturi ta’ riżerva.
• L-effiċjenza tkun eżattament daqs il-limitu ta’ Carnot kwalunkwe tkun ir-reġenerazzjoni.
• L-effiċjenza taqbeż il-limitu ta’ Carnot.

Rwoli tal-varjabbli

X’issettja:

• Numru ta’ waqfa

X’tkejjel:

• Volum tal-mira ta’ waqfa V (L)
• Ħidma maħduma mill-gass f’din il-waqfa (J)

Kif taħdem l-investigazzjoni

1. Iftaħ il-preset ta’ stirling-cycle u agħfas Reset. 1 mol ta’ argon jiċċekkja bejn 600 K u 300 K bl-użu ta’ waqfiet izotermali u izokorali biss.
2. Attiva l-qari ta’ ħidma għal kull waqfa u l-qari ta’ effiċjenza taċ-ċiklu.
3. Għal kull waqfa taċ-ċiklu (1 sa 4), aqra l-volum tal-mira ta’ waqfa u l-ħidma maħduma mill-gass matul dik il-waqfa.

l-ekwazzjoni li tiggwida

Limitu ta’ Carnot fuq Effiċjenza ta’ Ċiklu — η_c = 1 − Tc / Th

L-ebda ċiklu topera bejn temperaturi Tc u Th — inkluż Stirling — li tista’ taqbeż l-effiċjenza ta’ Carnot η_c = 1 − Tc/Th. Ċiklu Stirling reali (bla reġenerazzjoni) joqgħod inqas minn dan il-limitu għax jibgħat sħana mhux irkuprata matul il-waqfa ta’ tkessħ izokorali.

X’il-folja stampabbli titlob lill-istudenti jaħdmu

• Ikkonferma li l-waqfiet 2 u 4 (l-izokorali) juru W = 0. Żid il-ħidma ta’ l-4 waqfiet kollha għall-ħidma netta taċ-ċiklu, u qabbel il-qari ta’ effiċjenza taċ-ċiklu mal-limitu ta’ Carnot η_c = 1 − 300/600 = 0.5.
• L-effiċjenza mhux raffinata ta’ dan iċ-ċiklu (bla reġeneratur ideali li jirkupra s-sħana tal-waqfiet izokorali) tibqa’ taħt 0.5. Ispjega, bl-użu tal-ewwel liġi, għalfejn is-sħana mbuttata matul il-waqfa ta’ tkessħ izokorali tirrappreżenta enerġija li l-magna sempliċi ma tirrekuprax.

Fejn dan jidher lil hinn mill-lab

• Magna Stirling reali tuża reġeneratur — mesh li jaħżen is-sħana maħlula matul it-tkessħ izokorali u jerġaha jirritorna matul it-tisħin izokorali. Ispjega għalfejn reġeneratur perfett jħalli dan iċ-ċiklu jersaq lejn l-effiċjenza ta’ Carnot anki bla waqfiet adijabatiċi.
• Magni Stirling huma apprezzati għal-li jaħdmu fuq kwalunkwe sors ta’ sħana estern (solari, sħana skart, anki differenzi ta’ temperatura fl-ispazju) minflok jeħtieġu kombustjoni interna. Għalfejn magna ta’ ċiklu magħluq b’tisħin estern tkun attrattiva għal dawk l-applikazzjonijiet?

• AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
• IB Physics — B.4 Thermodynamics
• General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
• NGSS High School Physics — Thermal energy transfer

1. Merħba għaċ-Ċiklu Stirling
2. Agħżel il-kamra
3. Agħfas Riproduċi
4. ċiklu riġenerattiv
5. Iftaħ il-pannell tal-Proprjetajiet
6. Għamirtha!

Iftaħ is-simulazzjoni interattiva biex tibni x-xena, agħfas Riproduċi, u esplora b’kejl ħaj u tutorjal bil-gwida.

Iftaħ Lab Interattiv →

Niżżel il-folja →

Il-Magni tas-Sħana u l-Effiċjenza ta’ Carnot