Den omvända Carnotcykeln: ett kylskåp

1 · Förutsäg

Att köra Carnotcykeln baklänges förvandlar en motor till ett kylskåp — nettoarbetet går IN i stället för ut. Absorberar gasen fortfarande värme från den kalla reservoaren, som ett riktigt kylskåp som drar värme ur sitt inre?

• Nej — att vända cykeln vänder också vilken reservoar som absorberar värme.
• En omvänd cykel utbyter inte värme med någon av reservoarena.
• Ja — den omvända cykeln absorberar värme från den kalla sidan och dumpar mer värme i den varma sidan, med hjälp av det tillförda arbetet.

2 · Uppbyggnad

1. Öppna förinställningen Carnot-kylskåpet och tryck på Återställ. Samma 4 etapper som i carnot-cycle körs i omvänd ordning.
2. Aktivera avläsningen av arbete per etapp samt avläsningarna av kyl-COP och värme-COP.
3. Läs för varje etapp av cykeln (1 till och med 4) av etappens målvolym och det arbete gasen utför under etappen.

3 · Samla data

Skissa P-V-diagrammet och spåra etapperna i ordning. Jämför färdriktningen (medurs eller moturs) med diagrammet i experimentet carnot-cycle.

4 · Analysera

1. Summera dina 4 etappers arbetsvärden — summan (nettoarbetet utfört AV gasen) bör bli negativ, vilket betyder att nettoarbete måste tillföras TILL gasen. Beräkna kyl-COP = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 och värme-COP = Th/(Th − Tc) = 2.0.
2. Jämför etappordningen här med etappordningen i carnot-cycle. Förklara hur det bara att vända ordningen på samma 4 etapper förvandlar cykeln från en motor (nettoarbete ut) till ett kylskåp (nettoarbete in).

5 · Utvidga

1. En kyl-COP på 1.0 betyder att kylskåpet flyttar 1 J värme ut ur det kalla utrymmet för varje 1 J tillfört arbete. En värme-COP på 2.0 (värmepumpsdrift) betyder att den levererar 2 J värme till det varma utrymmet per 1 J arbete. Förklara varför COP_heat alltid är exakt 1 mer än COP_cool för samma reservoarer.
2. Till skillnad från en motors verkningsgrad (alltid ≤ 1) kan COP överstiga 1 — det är inte en kränkning av energibevarande. Förklara varför COP > 1 är möjligt: den extra energi som levereras kommer från reservoaren som kyls, inte från ingenting.

Fysiken bakom det här experimentet

← Tillbaka till experimentet

138 gratis utskrivbara labblad i fysik