Termodinamică
Ciclul Stirling
Două izoterme + două izocore cu regenerare.
Ciclul Stirling — simulație interactivă de Termodinamică. Două izoterme + două izocore cu regenerare. Laborator virtual de fizică gratuit, în browser, cu măsurători SI în timp real și tutorial ghidat.
Ciclul Stirling
Două izoterme + două izocore cu regenerare.
Ciclul Stirling folosește un regenerator pentru a stoca căldură în timpul pașilor cu volum constant și a o returna ulterior, apropiindu-se de performanța Carnot într-un design ideal. Motoarele Stirling reale schimbă complexitatea pe operare mai silențioasă și surse de căldură flexibile.
- Două izoterme + regenerare
- η_Carnot la limita ideală
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 Stirling folosește 2 etape izoterme și 2 etape izocore, nicio etapă adiabatică. Randamentul lui poate, în principiu, egala valoarea Carnot dacă un „regenerator” perfect reciclează căldura între etapele izocore. Fără un regenerator ideal, randamentul ciclului simplu pe care îl măsori rămâne sub limita Carnot?
Predicții de cântărit
- Da — fără regenerator, randamentul brut al acestui ciclu este sub limita Carnot pentru aceleași două temperaturi de rezervoare.
- Randamentul egalează exact limita Carnot, indiferent de regenerare.
- Randamentul depășește limita Carnot.
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 stirling-cycle și apasă Resetează. 1 mol de argon circulă între 600 K și 300 K folosind doar etape izoterme și izocore.
- Activează citirea lucrului mecanic per etapă și citirea randamentului ciclului.
- 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
Limita Carnot pentru randamentul ciclului — η_c = 1 − Tc / Th
Niciun ciclu care funcționează între temperaturile Tc și Th — Stirling inclus — nu poate depăși randamentul Carnot η_c = 1 − Tc/Th. Un ciclu Stirling real (neregenerat) rămâne sub această limită pentru că aruncă căldură nerecuperată în etapa de răcire izocoră.
Ce cer fișa tipăribilă elevilor să rezolve
- Confirmă faptul că etapele 2 și 4 (izocore) arată W = 0. Sumă lucrul mecanic al celor 4 etape pentru lucrul mecanic net al ciclului și compară citirea randamentului ciclului cu limita Carnot η_c = 1 − 300/600 = 0.5.
- Randamentul brut al acestui ciclu (fără un regenerator ideal care recuperează căldura etapelor izocore) rămâne sub 0.5. Explică, folosind prima lege, de ce căldura aruncată în timpul etapei de răcire izocore reprezintă energie pe care motorul simplu nu o recuperează.
Unde mai apare asta dincolo de laborator
- Un motor Stirling real folosește un regenerator — o plasă care stochează căldura eliberată în timpul răcirii izocore și o returnează în timpul încălzirii izocore. Explică de ce un regenerator perfect ar lăsa acest ciclu să se apropie de randamentul Carnot chiar și fără etape adiabatice.
- Motoarele Stirling sunt prețuite pentru că funcționează cu orice sursă externă de căldură (solară, căldură reziduală, chiar diferențe de temperatură în spațiu), în loc să ceară combustie internă. De ce ar putea fi atractiv un motor cu ciclu închis și încălzire externă pentru acele aplicații?
- 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 Stirling
- Selectează camera
- Apasă Pornește
- Ciclu cu regenerare
- 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