Carnotov krožni proces: največji možni izkoristek stroja

1 · Predvidi

Carnotov stroj vodi plin skozi 4 krake (izotermna ekspanzija, adiabatna ekspanzija, izotermno stiskanje, adiabatno stiskanje) nazaj v začetno stanje. Ali se notranja energija plina spremeni čez en celoten krog?

• Notranja energija naraste čez krog, ker plin opravi neto pozitivno delo.
• Notranja energija se vrne na svojo začetno vrednost — nič neto spremembe čez zaprt krog.
• Notranja energija pade čez krog.

2 · Pripravi

1. Odpri prednastavitev carnot-cycle in pritisni Ponastavi. 1 mol argona (f = 3) kroži med točlim zalogovnikom 600 K in hladnim 300 K.
2. Omogoči odčitek dela po krakih.
3. Za vsak krak kroga (1 do 4) odčitaj ciljno prostornino kraka in delo, ki ga je plin opravil med tem krakom.

3 · Zberi podatke

Skiciraj P-V diagram za vse 4 krake, označi, ali je vsak krak izotermen ali adiabaten in ali plin opravi pozitivno ali negativno delo.

4 · Analiziraj

1. Seštej svoje vrednosti dela 4 krakov. Primerjaj skupno z nR(Th − Tc)·ln(2) (približno, za razmerja prostornin tega kroga) in primerjaj izkoristek kroga η = W_net/Qin s Carnotovo vrednostjo η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300/600 = 0,5.
2. Dva kraka imata pozitivno delo (ekspanzija) in dva negativno (stiskanje). Razloži, zakaj je *neto* delo čez cel krog še vedno pozitivno, kar naredi to toplotni stroj in ne zanka, ki ne stori nič.

5 · Razširi

1. Noben pravi stroj, ki obratuje med istima dvema temperaturama zalogovnikov, ne more preseči Carnotovega izkoristka. Z η_c = 1 − Tc/Th razloži, zakaj bi lahko stroj dosegel 100-odstotni izkoristek le, če bi bilo Tc = 0 K — fizikalno nedosegljivo.
2. Carnotov krožni proces je zgrajen v celoti iz reverzibilnih korakov (izotermnih in adiabatnih, obojih idealiziranih kot neskončno počasnih). Razloži, zakaj pravi stroj, ki neizogibno ima trenje in prenos toplote s končno hitrostjo, nikoli čisto ne doseže tega idealnega izkoristka.

Fizika za tem poskusom

← Nazaj na poskus

138 brezplačnih natisljivih fizikalnih delovnih listov