Termodinamika

Hladilni stroj (obrnjeni Carnot)

Zagon v obratni smeri: vloženo delo črpa toploto hladno→vroče (COP = Tc/(Th−Tc)).

Hladilni stroj (obrnjeni Carnot) — interaktivna simulacija Termodinamika. Zagon v obratni smeri: vloženo delo črpa toploto hladno→vroče (COP = Tc/(Th−Tc)). Brezplačen virtualni fizikalni laboratorij v brskalniku z živimi meritvami SI in vodenim vodnikom.

COP hladilnega stroja

Zagon v obratni smeri: vloženo delo črpa toploto hladno→vroče (COP = Tc/(Th−Tc)).

Hladilni stroj je toplotni stroj, ki teče nazaj: električno delo poganja toploto iz hladne notranjosti v toplo sobo. Hladilni faktor COP = Q_c/W je lahko večji od 1, ker je prečrpana toplota večja od vloženega dela — za razliko od izkoristka, ki je vedno ≤ 1.

• COP = T_c/(T_h−T_c)
• Vnos dela

Oris preiskave

Načrtuj vprašanje, preden odpreš laboratorij

Oris zrcali predizrisano stran: vodilno vprašanje, tekmujoča predvidevanja, vloge spremenljivk, vodilni zakoni, priprava, analiza in pozivi k razširitvi ostanejo vidni in v tem vrstnem redu.

Vodilno vprašanje

Poganjanje Carnotovega kroga nazaj spremeni stroj v hladilni stroj — neto delo gre NOTRI namesto ven. Ali plin še vedno vpija toploto iz hladnega zalogovnika, kot prava hladilnica, ki vleče toploto iz svoje notranjosti?

Predvidevanja za pretehtanje

• Ne — obrat kroga obrne tudi to, kateri zalogovnik vpija toploto.
• Obrnjen krog ne izmenjuje toplote z nobenim zalogovnikom.
• Da — obrnjen krog vpija toploto s hladne strani in odloži več toplote na toplo stran, z vnosom dela.

Vloge spremenljivk

Kaj nastaviš:

• Številka kraka

Kaj izmeriš:

• Ciljna prostornina kraka V (L)
• Delo, ki ga je plin opravil v tem kraku (J)

Kako poteka preiskava

1. Odpri prednastavitev carnot-fridge in pritisni Ponastavi. Isti 4 kraki kot carnot-cycle tečejo v obratnem vrstnem redu.
2. Omogoči odčitek dela po krakih in odčitka hlajenja/ogrevanja COP.
3. Za vsak krak kroga (1 do 4) odčitaj ciljno prostornino kraka in delo, ki ga je plin opravil med tem krakom.

Vodilna enačba

Hladilni faktor hladilnega stroja — COP = Tc / (Th − Tc)

Hlajalna uspešnost obrnjenega Carnotovega kroga se meri s COP_cool = Tc/(Th − Tc): koliko toplote je odstranjene iz hladnega prostora na enoto dovajenega dela. Manjše temperaturne vrzeli dajo boljši (višji) COP.

Kaj natisnjivi delovni list od učencev zahteva izračunati

• Seštej vrednosti dela svojih 4 krakov — skupno (neto delo, ki ga je opravil plin) mora iziti negativno, kar pomeni, da je treba plinu dovajati neto delo. Izračunaj hlajeni COP = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1,0 in ogrevalni COP = Th/(Th − Tc) = 2,0.
• Primerjaj vrstni red krakov tu z vrstnim redom carnot-cycle. Razloži, kako preprosto obratenje zaporedja istih 4 krakov obrne krog iz stroja (neto delo ven) v hladilni stroj (neto delo noter).

Kje se to pokaže onkraj laboratorija

• Hlajeni COP 1,0 pomeni, da hladilnica premakne 1 J toplote iz hladnega prostora za vsak 1 J dovajenega dela. Ogrevalni COP 2,0 (način toplotne črpalke) pomeni, da dostavi 2 J toplote v topli prostor na 1 J dela. Razloži, zakaj je COP_heat vedno točno za 1 večji od COP_cool pri istih zalogovnikih.
• Za razliko od izkoristka stroja (vedno ≤ 1) lahko COP presega 1 — to ni kršitev ohranitve energije. Razloži, zakaj je COP > 1 mogoč: dodatna dostavljena energija prihaja iz zalogovnika, ki se hladi, ne ustvarjena iz nič.

• 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. Dobrodošli pri Carnotovi hladilnici
2. Izberi komoro
3. Pritisni Predvajaj
4. COP hladilnega stroja
5. Odpri ploščo Lastnosti
6. Uspelo ti je!

Odpri interaktivno simulacijo, zgradi prizor, pritisni Predvajaj in raziskuj z živimi meritvami in vodenim vodnikom.

Odpri interaktivni laboratorij →

Prenesi delovni list →

Toplotni stroji in Carnotov izkoristek