Ciclul Stirling: etape izoterme cu regenerare

1 · Prezice

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?

• 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.

2 · Montaj

1. Deschide presetarea stirling-cycle și apasă Resetează. 1 mol de argon circulă între 600 K și 300 K folosind doar etape izoterme și izocore.
2. Activează citirea lucrului mecanic per etapă și citirea randamentului ciclului.
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, marcând cele 2 segmente izoterme (curbe) și 2 izocore (verticale).

4 · Analizează

1. 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.
2. 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.

5 · Extinde

1. 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.
2. 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?

Fizica din spatele acestui experiment

← Înapoi la experiment

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit