Termodinamică
Ciclul Otto
Ciclul motorului cu benzină: două adiabate + două izocore.
Ciclul Otto — simulație interactivă de Termodinamică. Ciclul motorului cu benzină: două adiabate + două izocore. Laborator virtual de fizică gratuit, în browser, cu măsurători SI în timp real și tutorial ghidat.
Ciclul Otto
Ciclul motorului cu benzină: două adiabate + două izocore.
Ciclul Otto modelează un motor cu aprindere prin scânteie: arderea rapidă la volum aproape constant ridică presiunea, urmată de destindere adiabatică care face lucru mecanic, apoi evacuarea la volum constant. Este mai puțin eficient decât Carnot la aceleași extreme de temperatură, pentru că căldura se adaugă la temperatură variabilă.
- η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
- Motor cu benzină
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
Ciclul Otto (compresie adiabatică, încălzire izocoră, destindere adiabatică, răcire izocoră) modelează un motor cu benzină. Spre deosebire de ciclul Carnot, două dintre etapele lui sunt la volum constant, nu la temperatură constantă. În timpul acelor etape cu volum constant, gazul face vreun lucru mecanic?
Predicții de cântărit
- Se face totuși lucru mecanic, pentru că presiunea se schimbă în timpul acelor etape.
- Etapele cu volum constant fac lucru mecanic negativ.
- Nu se face lucru mecanic în etapele cu volum constant, pentru că W = PΔV iar ΔV = 0.
Rolurile variabilelor
Ce stabilești tu:
- Numărul etapei
Ce măsori:
- Volumul țintă al etapei V (m³)
- Lucrul mecanic făcut de gaz în această etapă (J)
Cum decurge investigația
- Deschide presetarea otto-cycle și apasă Resetează. 1 mol de azot (f = 5) se comprimă de la 0.04 m³ la 0.01 m³, apoi se încălzește la volum constant până la 900 K.
- Activează citirile lucrului mecanic și căldurii per etapă.
- 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
Randamentul ciclului Otto — η = W / Qin
Pentru un ciclu Otto idealizat, randamentul depinde doar de raportul de compresie r = V₁/V₂ și de raportul capacităților calorice γ al gazului: η = 1 − 1/r^(γ−1). Rapoartele de compresie mai mari dau randament mai mare.
Ce cer fișa tipăribilă elevilor să rezolve
- Confirmă faptul că etapele 2 și 4 (izocore) arată W = 0 în tabelul tău, în timp ce etapele 1 și 3 (adiabatice) arată lucru mecanic nenul. Calculează raportul de compresie r = V₁/V₂ = 4 și randamentul ciclului η = 1 − 1/r^(γ−1) folosind γ = 1.4.
- Lucrul mecanic net al acestui ciclu este pozitiv, deși jumătate din etape fac lucru mecanic zero. Explică cum pot cele două etape adiabatice singure produce un lucru mecanic net pozitiv.
Unde mai apare asta dincolo de laborator
- Motoarele reale cu benzină sunt limitate la rapoarte de compresie în jur de 10-12 (rapoartele mai mari cauzează autoaprindere/bătăi în motor). Folosind η = 1 − 1/r^(γ−1), explică de ce proiectanții de motoare caută rapoarte de compresie mai mari când se poate.
- Un motor Diesel folosește un ciclu diferit (încălzire izobară în loc de izocoră), dar o idee similară de compresie adiabatică. Ambele se bazează pe etapele adiabatice pentru a converti lucrul mecanic de compresie în temperaturi mai mari. De ce este important pentru ambele designuri ca pierderea de căldură în timpul compresiei să fie minimă?
- 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
- Bine ai venit la Ciclul Otto
- Selectează camera
- Apasă Pornește
- Ciclul motorului cu benzină
- Deschide panoul Proprietăți
- 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 →
Motoare termice și randamentul Carnot