Termodynamika

Chladnička (obrátený Carnot)

Bež opačne: vstupná práca čerpá teplo z chladného do teplého (COP = Tc/(Th−Tc)).

Chladnička (obrátený Carnot) — interaktívna simulácia Termodynamika. Bež opačne: vstupná práca čerpá teplo z chladného do teplého (COP = Tc/(Th−Tc)). Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.

COP chladničky

Bež opačne: vstupná práca čerpá teplo z chladného do teplého (COP = Tc/(Th−Tc)).

Chladnička je tepelný motor bežiaci dozadu: elektrická práca ženie teplo zo studeného interiéru do teplej miestnosti. Chladicí faktor COP = Q_c/W môže presiahnuť 1, pretože prepumpované teplo je väčšie než dodaná práca — na rozdiel od účinnosti, ktorá je vždy ≤ 1.

• COP = T_c/(T_h−T_c)
• Vstupná práca

Prehľad skúmania

Naplánuj otázku ešte pred otvorením laboratória

Stručný opis zrkadlí predrenderovanú stránku: hlavná otázka, súťažiace predikcie, úlohy premenných, riadiace zákony, postavenie, analýza a rozširujúce podnety zostávajú viditeľné a v tomto poradí.

Hlavná otázka

Spustenie Carnotovho cyklu dozadu mení motor na chladničku — čistá práca ide DOVNÚTRA namiesto von. Absorbuje plyn stále teplo zo studeného zásobníka, ako skutočná chladnička ťahajúca teplo zo svojho interiéru?

Predikcie na zváženie

• Nie — obrátenie cyklu obráti aj to, ktorý zásobník absorbuje teplo.
• Obrátený cyklus nevymieňa teplo so žiadnym zásobníkom.
• Áno — obrátený cyklus absorbuje teplo zo studenej strany a vyhadzuje viac tepla do teplej strany, s použitím vstupnej práce.

Úlohy premenných

Čo nastavuješ:

• Číslo úseku

Čo meriaš:

• Cieľový objem úseku V (L)
• Práca vykonaná plynom v tomto úseku (J)

Ako skúmanie prebieha

1. Otvor predvolbu Carnotova chladnička a stlač Resetovať. Tie isté 4 úseky ako Carnotov cyklus bežia v opačnom poradí.
2. Zapni odčítanie práce na úsek a odčítania chladiaceho/kúriaceho COP.
3. Pre každý úsek cyklu (1 až 4) odčítaj cieľový objem úseku a prácu vykonanú plynom počas toho úseku.

Riadiaca rovnica

Chladicí faktor chladničky — COP = Tc / (Th − Tc)

Chladiaci výkon obráteného Carnotovho cyklu sa meria COP_cool = Tc/(Th − Tc): koľko tepla sa odberá zo studeného priestoru na jednotku dodanej práce. Menšie teplotné medzery dávajú lepšie (vyššie) COP.

Čo má študentov naučiť tlačiteľný list

• Spočítaj hodnoty práce svojich 4 úsekov — súčet (čistá práca vykonaná PLYNOM) by mal vyjsť záporný, čo znamená, že čistá práca musí byť dodaná plynu. Vypočítaj chladiace COP = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 a kúriace COP = Th/(Th − Tc) = 2.0.
• Porovnaj poradie úsekov tu s poradím úsekov Carnotovho cyklu. Vysvetli, ako jednoduché obrátenie sekvencie tých istých 4 úsekov preklopí cyklus z motora (čistá práca von) na chladničku (čistá práca dnu).

Kde sa to objavuje mimo laboratória

• Chladiace COP 1.0 znamená, že chladnička premiestni 1 J tepla zo studeného priestoru za každých 1 J dodanej práce. Kúriace COP 2.0 (režim tepelného čerpadla) znamená, že dodá 2 J tepla do teplého priestoru na 1 J práce. Vysvetli, prečo COP_heat je vždy presne o 1 viac než COP_cool pri tých istých zásobníkoch.
• Na rozdiel od účinnosti motora (vždy ≤ 1) môže COP presiahnuť 1 — to nie je porušenie zachovania energie. Vysvetli, prečo COP > 1 je možný: extra dodaná energia pochádza zo zásobníka, ktorý sa chladí, nie je stvorená z ničoho.

• 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

1. Vitaj pri Carnotovej chladničke
2. Vyber komoru
3. Stlač Prehrať
4. COP chladničky
5. Otvor panel Vlastnosti
6. Zvládol si to!

Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.

Otvoriť interaktívne laboratórium →

Stiahnuť pracovný list →

Tepelné motory a Carnotova účinnosť