Ottov cyklus: idealizovaný model benzínového motora

1 · Predikuj

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?

2 · Priprav

  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.

3 · Zbieraj údaje

Číslo úsekuCieľový objem úseku V (m³)Práca vykonaná plynom v tomto úseku (J)
1
2
3
4

Načrtni P-V diagram pre všetkých 4 úseky. Označ, ktoré úseky sú segmenty pri konštantnom objeme (zvislé) a potvrď, že tvoje odčítania práce sú tam 0.

4 · Analyzuj

  1. 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.
  2. 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.

5 · Rozšír

  1. 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.
  2. 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?

Fyzika za týmto experimentom

Účinnosť Ottovho cyklu

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.

← Späť na experiment

Termodynamika

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky