Termodinamika
Stirlingov krožni proces
Dve izotermi + dve izohori z regeneracijo.
Stirlingov krožni proces — interaktivna simulacija Termodinamika. Dve izotermi + dve izohori z regeneracijo. Brezplačen virtualni fizikalni laboratorij v brskalniku z živimi meritvami SI in vodenim vodnikom.
Stirlingov krožni proces
Dve izotermi + dve izohori z regeneracijo.
Stirlingov krožni proces uporablja regenerator, ki shrani toploto med koraki pri konstantni prostornini in jo pozneje vrne, s čimer se v idealni zasnovi približa Carnotovi uspešnosti. Pravi Stirlingovi motorji zamenjajo zapletenost za tišje delovanje in prilagodljive vire toplote.
- Dve izotermi + regeneracija
- η_Carnot v idealni meji
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
Stirlingov krožni proces uporablja 2 izotermna kraka in 2 izohorna kraka, brez adiabatnih. Njegov izkoristek lahko načeloma doseže Carnotovo vrednost, če popoln „regenerator“ reciklira toploto med izohornimi kraki. Brez idealnega regeneratorja, ali izkoristek preprostega kroga, ki ga izmeriš, zaostaja za Carnotovo mejo?
Predvidevanja za pretehtanje
- Da — brez regeneratorja je surov izkoristek tega kroga pod Carnotovo mejo za isti dve temperaturi zalogovnikov.
- Izkoristek je točno enak Carnotovi meji, ne glede na regeneracijo.
- Izkoristek preseže Carnotovo mejo.
Vloge spremenljivk
Kaj nastaviš:
- Številka kraka
Kaj izmeriš:
- Ciljna prostornina kraka V (m³)
- Delo, ki ga je plin opravil v tem kraku (J)
Kako poteka preiskava
- Odpri prednastavitev stirling-cycle in pritisni Ponastavi. 1 mol argona kroži med 600 K in 300 K samo z izotermnimi in izohornimi kraki.
- Omogoči odčitek dela po krakih in odčitek izkoristka kroga.
- Za vsak krak kroga (1 do 4) odčitaj ciljno prostornino kraka in delo, ki ga je plin opravil med tem krakom.
Vodilna enačba
Carnotova meja izkoristka kroga — η_c = 1 − Tc / Th
Noben krog, ki obratuje med temperaturama Tc in Th — vključno s Stirlingovim — ne more preseči Carnotovega izkoristka η_c = 1 − Tc/Th. Pravi (neregenerirani) Stirlingov krog zaostaja za to mejo, ker odloži nepovrnjeno toploto med svojim izohornim krakom hlajenja.
Kaj natisnjivi delovni list od učencev zahteva izračunati
- Potrdi, da kraka 2 in 4 (izohorna) kažeta W = 0. Seštej delo vseh 4 krakov za neto delo kroga in primerjaj odčitek izkoristka kroga s Carnotovo mejo η_c = 1 − 300/600 = 0,5.
- Surov izkoristek tega kroga (brez idealnega regeneratorja, ki bi povrnil toploto izohornih krakov) ostane pod 0,5. Z prvim zakonom razloži, zakaj toplota, odložena med izohornim krakom hlajenja, predstavlja energijo, ki preprost stroj ne povrne.
Kje se to pokaže onkraj laboratorija
- Pravi Stirlingov motor uporablja regenerator — mrežo, ki shrani toploto, sproščeno med izohornim hlajenjem, in jo vrne med izohornim segrevanjem. Razloži, zakaj bi popoln regenerator temu krogu omogočil približati se Carnotovemu izkoristku tudi brez adiabatnih krakov.
- Stirlingovi motorji so cenjeni, ker tečejo na kateri koli zunanji vir toplote (sončna, odpadna toplota, celo temperaturne razlike v vesolju) namesto da bi zahtevali notranje zgorevanje. Zakaj bi bil zaprti krog z zunanjim ogrevanjem privlačen za te uporabe?
- 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
- Dobrodošli pri Stirlingovem krožnem procesu
- Izberi komoro
- Pritisni Predvajaj
- Regenerativen krožni proces
- Odpri ploščo Lastnosti
- Uspelo ti je!
Odpri interaktivno simulacijo, zgradi prizor, pritisni Predvajaj in raziskuj z živimi meritvami in vodenim vodnikom.
Odpri interaktivni laboratorij →
Toplotni stroji in Carnotov izkoristek