Termodynamika

Ottov cyklus

Cyklus benzínového motora: dve adiabaty + dve izochory.

Ottov cyklus — interaktívna simulácia Termodynamika. Cyklus benzínového motora: dve adiabaty + dve izochory. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.

Ottov cyklus

Cyklus benzínového motora: dve adiabaty + dve izochory.

Ottov cyklus modeluje motor so zapaľovaním iskrou: rýchle spaľovanie pri takmer konštantnom objeme zvýši tlak, nasleduje adiabatická expanzia konajúca prácu a potom výfuk pri konštantnom objeme. Je menej účinný než Carnot pri rovnakých teplotných extrémoch, pretože teplo sa pridáva pri meniacej sa teplote.

• η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
• Benzínový motor

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

Ottov cyklus (adiabatická kompresia, izochorické zohriatie, adiabatická expanzia, izochorické ochladenie) modeluje benzínový motor. Na rozdiel od Carnotovho cyklu sú dva jeho úseky pri konštantnom objeme namiesto konštantnej teploty. Počas týchto úsekov pri konštantnom objeme koná plyn nejakú prácu?

Predikcie na zváženie

• Práca sa stále koná, pretože tlak sa počas týchto úsekov mení.
• Úseky pri konštantnom objeme konajú zápornú prácu.
• Počas úsekov pri konštantnom objeme sa nekoná žiadna práca, pretože W = PΔV a ΔV = 0.

Úlohy premenných

Čo nastavuješ:

• Číslo úseku

Čo meriaš:

• Cieľový objem úseku V (m³)
• Práca vykonaná plynom v tomto úseku (J)

Ako skúmanie prebieha

1. Otvor predvolbu Ottov cyklus a stlač Resetovať. 1 mol dusíka (f = 5) sa stláča z 0.04 m³ na 0.01 m³, potom sa zohreje pri konštantnom objeme na 900 K.
2. Zapni odčítania práce a tepla na úsek.
3. Pre každý úsek cyklu (1 až 4) odčítaj cieľový objem úseku a prácu vykonanú plynom počas toho úseku.

Riadiaca rovnica

Účinnosť Ottovho cyklu — η = W / Qin

Pre idealizovaný Ottov cyklus závisí účinnosť len na kompresnom pomere r = V₁/V₂ a pomere tepelných kapacít plynu γ: η = 1 − 1/r^(γ−1). Vyššie kompresné pomery dávajú vyššiu účinnosť.

Čo má študentov naučiť tlačiteľný list

• Potvrď, že úseky 2 a 4 (izochorické) ukazujú W = 0 v tvojej tabuľke, kým úseky 1 a 3 (adiabatické) ukazujú nenulovú prácu. Vypočítaj kompresný pomer r = V₁/V₂ = 4 a účinnosť cyklu η = 1 − 1/r^(γ−1) s γ = 1.4.
• Čistá práca tohto cyklu je kladná, hoci polovica jeho úsekov koná nulovú prácu. Vysvetli, ako samotné dva adiabatické úseky môžu vyprodukovať čisto kladný výstup práce.

Kde sa to objavuje mimo laboratória

• Skutočné benzínové motory sú obmedzené na kompresné pomery okolo 10–12 (vyššie pomery spôsobujú predčasné zapaľovanie/klepanie). Pomocou η = 1 − 1/r^(γ−1) vysvetli, prečo návrhári motorov tlačia na vyššie kompresné pomery, keď sa dá.
• Dieselov motor používa iný cyklus (izobarické zohriatie namiesto izochorického), ale podobnú myšlienku adiabatickej kompresie. Obe sa spoliehajú na adiabatické úseky na premenu kompresnej práce na vyššie teploty. Prečo je minimalizácia straty tepla počas kompresie dôležitá pre obe konštrukcie?

• 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 Ottovom cykle
2. Vyber komoru
3. Stlač Prehrať
4. Cyklus benzínového motora
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