Obrnjen Carnotov krožni proces: hladilni stroj

1 · Predvidi

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?

2 · Pripravi

  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.

3 · Zberi podatke

Številka krakaCiljna prostornina kraka V (L)Delo, ki ga je plin opravil v tem kraku (J)
1
2
3
4

Skiciraj P-V diagram in sledi krakom po vrsti. Primerjaj smer potovanja (z uro ali proti uri) z diagramom poskusa carnot-cycle.

4 · Analiziraj

  1. 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.
  2. 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).

5 · Razširi

  1. 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.
  2. 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.

Fizika za tem poskusom

Hladilni faktor hladilnega stroja

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.

← Nazaj na poskus

Termodinamika

138 brezplačnih natisljivih fizikalnih delovnih listov