Otto-syklusen: en bensinmotors idealiserte modell

1 · Prediker

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?

• Arbeid utføres fortsatt fordi trykket endres under disse trinnene.
• Konstantvolumstrinnene utfører negativt arbeid.
• Ingen arbeid utføres under konstantvolumstrinnene, siden W = PΔV og ΔV = 0.

2 · Oppsett

1. 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.
2. Aktiver per-trinn arbeids- og varmeavlesningene.
3. For hvert trinn i syklusen (1 til 4), avles trinnets mål volum og arbeidet utført av gassen under det trinnet.

3 · Samle inn data

Skisser P-V-diagrammet for alle 4 trinnene. Marker hvilke trinn som er konstantvolums-(vertikale) segmenter, og bekreft at arbeidsavlesningene dine er 0 der.

4 · Analyser

1. 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.
2. 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.

5 · Utvid

1. 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.
2. 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?

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark