Termodinâmica
Ciclo Otto
Ciclo de motor a gasolina: duas adiabáticas + duas isocóricas.
Ciclo Otto — simulação interativa de Termodinâmica. Ciclo de motor a gasolina: duas adiabáticas + duas isocóricas. Laboratório virtual de física gratuito no navegador com medições SI ao vivo e tutorial guiado.
ciclo Otto
O ciclo do motor de gasolina: duas adiabáticas + duas isocóricas.
O ciclo Otto modela um motor de ignição por centelha: a combustão rápida a volume quase constante eleva a pressão, seguida por uma expansão adiabática realizando trabalho, depois um escape a volume constante. É menos eficiente que Carnot nos mesmos extremos de temperatura porque o calor é adicionado em temperatura variável.
- η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
- Motor de gasolina
Resumo da investigação
Planeje a pergunta antes de abrir o laboratório
O resumo espelha a página pré-renderizada: a pergunta orientadora, as previsões concorrentes, os papéis das variáveis, as leis governantes, a configuração e os prompts de análise e extensão permanecem visíveis e nesta ordem.
Pergunta norteadora
O ciclo Otto (compressão adiabática, aquecimento isocórico, expansão adiabática, resfriamento isocórico) modela um motor a gasolina. Ao contrário do ciclo de Carnot, duas de suas etapas estão em volume constante e não em temperatura constante. Durante essas etapas de volume constante, o gás realiza algum trabalho?
Previsões para pesar
- O trabalho ainda é feito porque a pressão muda durante essas etapas.
- As etapas de volume constante realizam um trabalho negativo.
- Nenhum trabalho é realizado durante as etapas de volume constante, já que W = PΔV e ΔV = 0.
Papéis variáveis
O que você definiu:
- Número da etapa
O que você mede:
- Volume alvo da etapa V (L)
- Trabalho realizado pelo gás nesta etapa (J)
Como funciona a investigação
- Abra o preset do ciclo Otto e pressione Redefinir. 1 mol de nitrogênio (f = 5) comprime de 40 L para 10 L, depois aquece a volume constante até 900 K.
- Ative o trabalho por etapa e as leituras de calor.
- Para cada etapa do ciclo (1 a 4), leia o volume alvo da etapa e o trabalho realizado pelo gás durante essa etapa.
Equação governante
Eficiência do Ciclo Otto — η = W / Qin
O rendimento medido do motor é η = W/Q_in — trabalho líquido por calor absorvido; é exatamente isso que a fórmula citada mostra e que a sua tabela de dados calcula. Para o ciclo Otto idealizado, o rendimento depende apenas da taxa de compressão r = V₁/V₂ e da razão entre capacidades térmicas γ: η = 1 − 1/r^(γ−1) — mais compressão, maior rendimento.
O que a planilha para impressão pede aos alunos que resolvam
- Confirme que as etapas 2 e 4 (as isocóricas) mostram W = 0 em sua tabela, enquanto as etapas 1 e 3 (adiabáticas) mostram trabalho diferente de zero…
- O trabalho líquido deste ciclo é positivo, apesar de metade das suas etapas realizarem trabalho zero. Explique como as duas etapas adiabáticas por si só podem produzir um resultado líquido de trabalho positivo.
Onde isso aparece além do laboratório
- Os motores a gasolina reais são limitados a taxas de compressão em torno de 10-12 (razões mais altas causam pré-ignição/detonação). Usando η = 1 − 1/r^(γ−1), explique por que os projetistas de motores pressionam por taxas de compressão mais altas quando possível.
- Um motor Diesel utiliza um ciclo diferente (aquecimento isobárico em vez de isocórico), mas uma ideia semelhante de compressão adiabática. Ambos contam com etapas adiabáticas para converter o trabalho de compressão em temperaturas mais altas. Por que minimizar a perda de calor durante a compressão é importante para ambos os projetos?
- 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
- Bem-vindo ao ciclo Otto
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- Ciclo do motor de gasolina
- Abra o Painel de propriedades
- Você conseguiu!
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