Termodinamică

Frigider (Carnot inversat)

Rulează invers: lucru mecanic introdus pompează căldură din rece spre cald (COP = Tc/(Th−Tc)).

Frigider (Carnot inversat) — simulație interactivă de Termodinamică. Rulează invers: lucru mecanic introdus pompează căldură din rece spre cald (COP = Tc/(Th−Tc)). Laborator virtual de fizică gratuit, în browser, cu măsurători SI în timp real și tutorial ghidat.

COP de frigider

Rulează invers: lucrul mecanic introdus pompează căldură din rece în cald (COP = Tc/(Th−Tc)).

Un frigider este un motor termic rulat invers: lucrul mecanic electric mută căldura din interiorul rece în camera caldă. Coeficientul de performanță COP = Q_c/W poate depăși 1, pentru căldura pompată este mai mare decât lucrul mecanic furnizat — spre deosebire de randament, care este mereu ≤ 1.

• COP = T_c/(T_h−T_c)
• Lucru mecanic introdus

Rezumat de investigație

Planifică întrebarea înainte să deschizi laboratorul

Rezumatul reflectă pagina pre-randată: întrebarea-ghid, predicțiile concurente, rolurile variabilelor, legile guvernante, montajul, analiza și extensiile rămân vizibile și în această ordine.

Întrebare-ghid

Rularea ciclului Carnot invers transformă un motor într-un frigider — lucrul mecanic net INTRĂ în loc să iasă. Gazul absoarbe în continuare căldură de la rezervorul rece, ca un frigider real care scoate căldura din interiorul lui?

Predicții de cântărit

• Nu — inversarea ciclului inversează și care rezervor absoarbe căldură.
• Un ciclu inversat nu face schimb de căldură cu niciun rezervor.
• Da — ciclul inversat absoarbe căldură de la partea rece și aruncă mai multă căldură în partea caldă, folosind lucrul mecanic introdus pentru asta.

Rolurile variabilelor

Ce stabilești tu:

• Numărul etapei

Ce măsori:

• Volumul țintă al etapei V (L)
• Lucrul mecanic făcut de gaz în această etapă (J)

Cum decurge investigația

1. Deschide presetarea carnot-fridge și apasă Resetează. Aceleași 4 etape ca la carnot-cycle rulează în ordine inversă.
2. Activează citirea lucrului mecanic per etapă și citirile COP de răcire/încălzire.
3. Pentru fiecare etapă a ciclului (1 până la 4), citește volumul țintă al etapei și lucrul mecanic făcut de gaz în timpul ei.

Ecuația guvernantă

Coeficient de performanță de frigider — COP = Tc / (Th − Tc)

Performanța de răcire a unui ciclu Carnot inversat se măsoară prin COP_cool = Tc/(Th − Tc): cât de multă căldură este scoasă din spațiul rece per unitate de lucru mecanic furnizat. Diferențele de temperatură mai mici dau COP mai bun (mai mare).

Ce cer fișa tipăribilă elevilor să rezolve

• Sumă valorile lucrului mecanic ale celor 4 etape — totalul (lucrul mecanic net făcut DE gaz) ar trebui să iasă negativ, ceea ce înseamnă că lucrul mecanic net trebuie furnizat gazului. Calculează COP-ul de răcire = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 și COP-ul de încălzire = Th/(Th − Tc) = 2.0.
• Compară ordinea etapelor de aici cu ordinea de la carnot-cycle. Explică cum simpla inversare a secvenței acelorași 4 etape transformă ciclul dintr-un motor (lucru mecanic net afară) într-un frigider (lucru mecanic net înăuntru).

Unde mai apare asta dincolo de laborator

• Un COP de răcire de 1.0 înseamnă că frigiderul mută 1 J de căldură afară din spațiul rece pentru fiecare 1 J de lucru mecanic furnizat. Un COP de încălzire de 2.0 (mod pompă de căldură) înseamnă că livrează 2 J de căldură spațiului cald per 1 J de lucru mecanic. Explică de ce COP_heat este mereu exact cu 1 mai mare decât COP_cool pentru aceleași rezervoare.
• Spre deosebire de randamentul motorului (mereu ≤ 1), COP poate depăși 1 — asta nu este o încălcare a conservării energiei. Explică de ce COP > 1 este posibil: energia extra livrată vine din rezervorul care este răcit, nu e creată din nimic.

• 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. Bine ai venit la Frigiderul Carnot
2. Selectează camera
3. Apasă Pornește
4. COP de frigider
5. Deschide panoul Proprietăți
6. Ai reușit!

Deschide simularea interactivă pentru a construi scena, a apăsa Pornește și a explora cu măsurători live și un tutorial ghidat.

Deschide laboratorul interactiv →

Descarcă fișa →

Motoare termice și randamentul Carnot