Ciclul Carnot inversat: un frigider

1 · Prezice

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?

• 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.

2 · Montaj

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.

3 · Colectează date

Schițează diagrama P-V, trasând etapele în ordine. Compară direcția de parcurgere (în sens orar sau antiorar) cu diagrama experimentului carnot-cycle.

4 · Analizează

1. 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.
2. 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).

5 · Extinde

1. 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.
2. 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.

Fizica din spatele acestui experiment

← Înapoi la experiment

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit