Termodynamikk
Otto-syklus
Bensinmotorens syklus: to adiabater + to isokorer.
Otto-syklus — interaktiv Termodynamikk-simulering. Bensinmotorens syklus: to adiabater + to isokorer. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Otto-syklus
Bensinmotorens syklus: to adiabater + to isokorer.
Otto-syklusen modellerer en gnisttenningsmotor: rask forbrenning ved nesten konstant volum hever trykket, etterfulgt av adiabatisk ekspansjon som utfører arbeid, og deretter eksos ved konstant volum. Den er mindre effektiv enn Carnot ved de samme temperaturekstremene fordi varme tilføres ved varierende temperatur.
- η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
- Bensinmotor
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
Otto-syklusen (adiabatisk kompresjon, isokor oppvarming, adiabatisk ekspansjon, isokor nedkjøling) modellerer en bensinmotor. I motsetning til Carnot-syklusen er to av trinnene ved konstant volum i stedet for konstant temperatur. Under disse konstantvolumstrinnene utfører gassen noe arbeid?
Prediksjoner å veie
- Arbeid utføres fortsatt fordi trykket endres under disse trinnene.
- Konstantvolumstrinnene utfører negativt arbeid.
- Ingen arbeid utføres under konstantvolumstrinnene, siden W = PΔV og ΔV = 0.
Variabelroller
Hva du setter:
- Trinnummer
Hva du måler:
- Trinnets mål volum V (m³)
- Arbeid utført av gassen dette trinnet (J)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne Otto-syklus-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. 1 mol nitrogen (f = 5) komprimeres fra 0,04 m³ til 0,01 m³, og varmes deretter opp ved konstant volum til 900 K.
- Aktiver per-trinn arbeids- og varmeavlesningene.
- For hvert trinn i syklusen (1 til 4), avles trinnets mål volum og arbeidet utført av gassen under det trinnet.
Styrende likning
Otto-syklus-virkningsgrad — η = W / Qin
For en idealisert Otto-syklus avhenger virkningsgraden bare av kompresjonsforholdet r = V₁/V₂ og gassens varmekapasitetsforhold γ: η = 1 − 1/r^(γ−1). Høyere kompresjonsforhold gir høyere virkningsgrad.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- Bekreft at trinn 2 og 4 (de isokore trinnene) viser W = 0 i tabellen din, mens trinn 1 og 3 (adiabatiske) viser ikke-null arbeid. Beregn kompresjonsforholdet r = V₁/V₂ = 4 og syklusvirkningsgraden η = 1 − 1/r^(γ−1) med γ = 1,4.
- Denne syklusens netto arbeid er positivt selv om halvparten av trinnene utfører null arbeid. Forklar hvordan de to adiabatiske trinnene alene kan produsere et netto positivt arbeidsutbytte.
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- Ekte bensinmotorer er begrenset til kompresjonsforhold rundt 10-12 (høyere forhold forårsaker fortenning/klapping). Med η = 1 − 1/r^(γ−1), forklar hvorfor motordesignere presser på for høyere kompresjonsforhold når mulig.
- En dieselmotor bruker en annen syklus (isobar oppvarming i stedet for isokor), men en lignende adiabatisk-kompresjonstanke. Begge er avhengige av adiabatiske trinn for å omforme kompresjonsarbeid til høyere temperaturer. Hvorfor er det viktig for begge design å minimere varmetap under kompresjonen?
- 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 Otto-syklus
- Velg kammeret
- Trykk Spill av
- Bensinmotorens syklus
- 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