Ciclul Otto: modelul idealizat al unui motor cu benzină

1 · Prezice

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?

• 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.

2 · Montaj

1. 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.
2. Activează citirile lucrului mecanic și căldurii per etapă.
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 pentru toate cele 4 etape. Marchează care etape sunt segmentele cu volum constant (verticale) și confirmă faptul că citirile lucru mecanic sunt 0 acolo.

4 · Analizează

1. 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.
2. 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.

5 · Extinde

1. 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.
2. 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?

Fizica din spatele acestui experiment

← Înapoi la experiment

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit