Termodynamik

ottocykel

Bensinmotorcykeln: två adiabater + två isokorer.

ottocykel — interaktiv Termodynamik-simulering. Bensinmotorcykeln: två adiabater + två isokorer. Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.

ottocykel

Bensinmotorns cykel: två adiabater + två isokorer.

Ottocykeln modellerar en tändstiftsmotor: snabb förbränning vid nästan konstant volym höjer trycket, följt av adiabatisk expansion som utför arbete, sedan avgas vid konstant volym. Den är mindre effektiv än Carnot vid samma temperatur extremer eftersom värme tillförs vid varierande temperatur.

• η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
• Bensinmotor

Undersökningsblad

Planera frågan innan du öppnar labbet

Sammanfattningen speglar den förrenderade sidan: drivande fråga, konkurrerande förutsägelser, variablernas roller, styrande lagar, uppställning, analys- och utvidgningsfrågor förblir synliga och i den här ordningen.

Drivande fråga

Ottocykeln (adiabatisk kompression, isokor uppvärmning, adiabatisk expansion, isokor kylning) modellerar en bensinmotor. Till skillnad från Carnotcykeln ligger två av dess etapper vid konstant volym i stället för konstant temperatur. Utför gasen något arbete under de konstantvolyma etapperna?

Förutsägelser att väga

• Arbete utförs ändå eftersom trycket ändras under de etapperna.
• Etapperna med konstant volym utför negativt arbete.
• Inget arbete utförs under etapperna med konstant volym, eftersom W = PΔV och ΔV = 0.

Variablernas roller

Det du ställer in:

• Etappnummer

Det du mäter:

• Etappens målvolym V (L)
• Arbete utfört av gasen denna etapp (J)

Så går undersökningen till

1. Öppna förinställningen Ottocykeln och tryck på Återställ. 1 mol kväve (f = 5) komprimeras från 40 L till 10 L och värms sedan vid konstant volym till 900 K.
2. Aktivera avläsningarna av arbete och värme per etapp.
3. Läs för varje etapp av cykeln (1 till och med 4) av etappens målvolym och det arbete gasen utför under etappen.

Styrande ekvation

Verkningsgrad för Ottocykeln — η = W / Qin

Motorns mätta verkningsgrad är η = W/Q_in — nettarbete per absorberad värme; exakt det visar den citerade formeln och det är vad din datatabell beräknar. För den idealiserade Otto-cykeln beror verkningsgraden bara på kompressionsförhållandet r = V₁/V₂ och förhållandet mellan värmekapaciteter γ: η = 1 − 1/r^(γ−1) — högre kompression, högre verkningsgrad.

Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut

• Bekräfta att etapp 2 och 4 (de isokora) visar W = 0 i din tabell, medan etapp 1 och 3 (adiabatiska) visar arbete skilt från noll. Beräkna kompressionsförhållandet r = V₁/V₂ = 4 och cykelns verkningsgrad η = 1 − 1/r^(γ−1) med γ = 1.4.
• Denna cykels nettoarbete är positivt även om hälften av etapperna utför noll arbete. Förklara hur de två adiabatiska etapperna ensamma kan ge ett positivt nettoarbete ut.

Var det här syns utanför labbet

• Verkliga bensinmotorer är begränsade till kompressionsförhållanden runt 10-12 (högre förhållanden ger för tidig tändning/knackningar). Förklara, med η = 1 − 1/r^(γ−1), varför motorkonstruktörer strävar efter högre kompressionsförhållanden när det är möjligt.
• En dieselmotor använder en annan cykel (isobar uppvärmning i stället för isokor) men en liknande idé med adiabatisk kompression. Båda förlitar sig på adiabatiska etapper för att omvandla kompressionsarbete till högre temperaturer. Varför är det viktigt för båda konstruktionerna att minimera värmeförlusten under kompressionen?

• 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. Välkommen till Ottocykeln
2. Välj kammaren
3. Tryck på Spela upp
4. Bensinmotorns cykel
5. Öppna panelen Egenskaper
6. Klart!

Öppna den interaktiva simuleringen för att bygga scenen, tryck på Spela och utforska med mätningar i realtid och en guidad genomgång.

Öppna interaktivt labb →

Ladda ner labblad →

Värmemotorer & Carnot-verkningsgrad