Termodynamikk
Kjøleskap (reversert Carnot)
Kjør i revers: arbeid inn pumper varme kald→varm (COP = Tc/(Th−Tc)).
Kjøleskap (reversert Carnot) — interaktiv Termodynamikk-simulering. Kjør i revers: arbeid inn pumper varme kald→varm (COP = Tc/(Th−Tc)). Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Kjøleskaps-COP
Kjør i revers: arbeid inn pumper varme kald→varm (COP = Tc/(Th−Tc)).
Et kjøleskap er en varmemaskin drevet baklengs: elektrisk arbeid driver varme fra det kalde innsiden til det varme rommet. Ytelseskoeffisienten COP = Q_c/W kan overstige 1 fordi den pumpede varmen er større enn tilført arbeid — i motsetning til virkningsgraden, som alltid er ≤ 1.
- COP = T_c/(T_h−T_c)
- Arbeidsinngang
Undersøkelsesgrunnlag
Planlegg spørsmålet før du åpner labben
Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.
Problemstilling
Å kjøre Carnot-syklusen baklengs gjør en motor om til et kjøleskap — netto arbeid går INN i stedet for å komme ut. Absorberer gassen fortsatt varme fra det kalde reservoaret, som et ekte kjøleskap som trekker varme ut av innsiden sin?
Prediksjoner å veie
- Nei — å reversere syklusen reverserer også hvilket reservoar som absorberer varme.
- En reversert syklus utveksler ikke varme med noe av reservoarene.
- Ja — den reverserte syklusen absorberer varme fra den kalde siden og dumpen mer varme inn på den varme siden, ved å bruke inngangsarbeidet til å gjøre det.
Variabelroller
Hva du setter:
- Trinnummer
Hva du måler:
- Trinnets mål volum V (L)
- Arbeid utført av gassen dette trinnet (J)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne Carnot-kjøleskap-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. De samme 4 trinnene som i Carnot-syklusen kjøres i reversert rekkefølge.
- Aktiver per-trinn arbeidsavlesningen, samt kjøle-/varme-COP-avlesningene.
- For hvert trinn i syklusen (1 til 4), avles trinnets mål volum og arbeidet utført av gassen under det trinnet.
Styrende likning
Kjøleskapets varmefaktor — COP = Tc / (Th − Tc)
En reversert Carnot-syklus' kjøleytelse måles med COP_cool = Tc/(Th − Tc): hvor mye varme som fjernes fra det kalde rommet per enhet tilført arbeid. Mindre temperaturhull gir bedre (høyere) COP.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- Summer arbeidsverdiene fra de 4 trinnene dine — totalen (netto arbeid utført AV gassen) bør bli negativ, noe som betyr at netto arbeid må tilføres TIL gassen. Beregn kjøle-COP = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1,0 og varme-COP = Th/(Th − Tc) = 2,0.
- Sammenlign trinnrekkefølgen her med Carnot-syklusens trinnrekkefølge. Forklar hvordan enkel reversering av rekkefølgen av de samme 4 trinnene snur syklusen fra en motor (netto arbeid ut) til et kjøleskap (netto arbeid inn).
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- En kjøle-COP på 1,0 betyr at kjøleskapet flytter 1 J varme ut av det kalde rommet for hver 1 J arbeid tilført. En varme-COP på 2,0 (varmepumpemodus) betyr at det leverer 2 J varme til det varme rommet per 1 J arbeid. Forklar hvorfor COP_heat alltid er nøyaktig 1 mer enn COP_cool for de samme reservoarene.
- I motsetning til motorens virkningsgrad (alltid ≤ 1) kan COP overstige 1 — det er ikke et brudd på energibevaringen. Forklar hvorfor COP > 1 er mulig: den ekstra leverte energien kommer fra reservoaret som kjøles ned, ikke skapt fra ingenting.
- 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
- Velkommen til Carnot-kjøleskap
- Velg kammeret
- Trykk Spill av
- Kjøleskaps-COP
- Åpne Egenskaper-panelet
- Du klarte det!
Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Varmemaskiner og Carnot-virkningsgrad