Termodynamik
stirlingcykel
Två isotermer + två isokorer med regenerering.
stirlingcykel — interaktiv Termodynamik-simulering. Två isotermer + två isokorer med regenerering. Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.
stirlingcykel
Två isotermer + två isokorer med regeneration.
Stirlingcykeln använder en regenerator för att lagra värme under de isokora stegen och lämna tillbaka den senare, och närmar sig Carnot-liknande prestanda i en ideal design. Verkliga Stirlingmotorer byter komplexitet mot tystare drift och flexibla värmekällor.
- Två isotermer + regeneration
- η_Carnot vid den ideala gränsen
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
Stirlingcykeln använder 2 isoterma etapper och 2 isokora etapper, inga adiabatiska alls. Dess verkningsgrad kan i princip nå Carnot-värdet om en perfekt "regenerator" återvinner värme mellan de isokora etapperna. Utan en ideal regenerator, hamnar den enkla cykelverkningsgrad du mäter under Carnot-gränsen?
Förutsägelser att väga
- Ja — utan regenerator ligger denna cykels råa verkningsgrad under Carnot-gränsen för samma två reservoartemperaturer.
- Verkningsgraden är exakt lika med Carnot-gränsen oavsett regeneration.
- Verkningsgraden överstiger Carnot-gränsen.
Variablernas roller
Det du ställer in:
- Etappnummer
Det du mäter:
- Etappens målvolym V (m³)
- Arbete utfört av gasen denna etapp (J)
Så går undersökningen till
- Öppna förinställningen Stirlingcykeln och tryck på Återställ. 1 mol argon cyklar mellan 600 K och 300 K med enbart isoterma och isokora etapper.
- Aktivera avläsningen av arbete per etapp och avläsningen av cykelverkningsgraden.
- Läs för varje etapp av cykeln (1 till och med 4) av etappens målvolym och det arbete gasen utför under etappen.
Styrande ekvation
Carnot-gränsen för cykelverkningsgrad — η_c = 1 − Tc / Th
Ingen cykel som arbetar mellan temperaturerna Tc och Th — Stirling inbegripen — kan överstiga Carnot-verkningsgraden η_c = 1 − Tc/Th. En verklig (icke-regenererad) Stirlingcykel når inte gränsen eftersom den dumpar oåtervunnen värme under sin isokora kylning.
Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut
- Bekräfta att etapp 2 och 4 (isokora) visar W = 0. Summera alla 4 etappers arbete till cykelns nettoarbete, och jämför cykelns avlästa verkningsgrad med Carnot-gränsen η_c = 1 − 300/600 = 0.5.
- Denna cykels råa verkningsgrad (utan en ideal regenerator som återvinner de isokora etappernas värme) ligger under 0.5. Förklara, med första huvudsatsen, varför värmen som dumpas under den isokora kylningen representerar energi som den enkla motorn inte återvinner.
Var det här syns utanför labbet
- En verklig Stirlingmotor använder en regenerator — ett nät som lagrar värme som frigörs vid isokor kylning och ger tillbaka den vid isokor uppvärmning. Förklara varför en perfekt regenerator skulle låta denna cykel närma sig Carnot-verkningsgraden även utan adiabatiska etapper.
- Stirlingmotorer är uppskattade för att de kan drivas av vilken extern värmekälla som helst (solvärme, spillvärme, till och med temperaturskillnader i rymden) i stället för att kräva förbränning inuti. Varför kan en sluten cykelmotor med extern uppvärmning vara attraktiv för de tillämpningarna?
- 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
- Välkommen till Stirlingcykeln
- Välj kammaren
- Tryck på Spela upp
- Regenerativ kretsprocess
- Öppna panelen Egenskaper
- Klart!
Öppna den interaktiva simuleringen för att bygga scenen, tryck på Spela och utforska med mätningar i realtid och en guidad genomgång.
Värmemotorer & Carnot-verkningsgrad