Ottocykeln: En bensinmotors idealiserade modell

1 · Förutsäg

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?

• 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.

2 · Uppbyggnad

1. Öppna förinställningen Ottocykeln och tryck på Återställ. 1 mol kväve (f = 5) komprimeras från 0.04 m³ till 0.01 m³ 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.

3 · Samla data

Skissa P-V-diagrammet för alla 4 etapper. Markera vilka etapper som är segmenten med konstant volym (vertikala) och bekräfta att dina avläsningar av arbetet är 0 där.

4 · Analysera

1. 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.
2. 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.

5 · Utvidga

1. 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.
2. 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?

Fysiken bakom det här experimentet

← Tillbaka till experimentet

138 gratis utskrivbara labblad i fysik