Obrátený Carnotov cyklus: chladnička

1 · Predikuj

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?

2 · Priprav

  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.

3 · Zbieraj údaje

Číslo úsekuCieľový objem úseku V (L)Práca vykonaná plynom v tomto úseku (J)
1
2
3
4

Načrtni P-V diagram a sleduj úseky v poradí. Porovnaj smer cesty (v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek) s diagramom experimentu Carnotov cyklus.

4 · Analyzuj

  1. 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.
  2. 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).

5 · Rozšír

  1. 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.
  2. 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.

Fyzika za týmto experimentom

Chladicí faktor chladničky

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.

← Späť na experiment

Termodynamika

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky