கார்னோ சுழற்சி: சாத்தியமான அதிகபட்ச இயந்திர செயல்திறன்

1 · கணிப்பு

ஒரு கார்னோ இயந்திரம், வாயுவை 4 கட்டங்கள் (வெப்பநிலை மாறா விரிவாக்கம், வெப்பக் காப்பு விரிவாக்கம், வெப்பநிலை மாறா சுருக்கம், வெப்பக் காப்பு சுருக்கம்) வழியாக அதன் தொடக்க நிலைக்கு அழைத்துச் செல்கிறது. ஒரு முழு சுழற்சிக்கு வாயுவின் அக ஆற்றல் மாறுமா?

2 · அமைப்பு

  1. கார்னோ-சுழற்சி முன்னமைப்பைத் திறந்து மீட்டமையை அழுத்துங்கள். 1 mol ஆர்கான் (f = 3), 600 K சூடான தேக்கத்திற்கும் 300 K குளிர்ந்த தேக்கத்திற்கும் இடையே சுழல்கிறது.
  2. ஒவ்வொரு-கட்ட வேலை வாசிப்பை இயக்குங்கள்.
  3. சுழற்சியின் ஒவ்வொரு கட்டத்திற்கும் (1 முதல் 4 வரை), அந்த கட்டத்தின் இலக்கு கன அளவையும் அந்த கட்டத்தின்போது வாயு செய்த வேலையையும் படியுங்கள்.

3 · தரவு சேகரி

கட்ட எண்கட்டத்தின் இலக்கு கன அளவு V (L)இந்த கட்டத்தில் வாயு செய்த வேலை (J)
1
2
3
4

எல்லா 4 கட்டங்களுக்கும் P-V வரைபடத்தை வரைந்து, ஒவ்வொரு கட்டமும் வெப்பநிலை மாறாவா வெப்பக் காப்பாவா, வாயு நேர்மறையா எதிர்மறையா வேலை செய்கிறதா என்பதைக் குறியுங்கள்.

4 · பகுப்பாய்வு

  1. உங்கள் 4 கட்டங்களின் வேலை மதிப்புகளைக் கூட்டுங்கள். மொத்தத்தை nR(Th − Tc)·ln(2)-உடன் (இந்த சுழற்சியின் கன அளவு விகிதங்களுக்கு தோராயமாக) ஒப்பிட்டு, சுழற்சியின் செயல்திறன் η = W_net/Qin-ஐ கார்னோ மதிப்பு η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300/600 = 0.5 உடன் ஒப்பிடுங்கள்.
  2. இரண்டு கட்டங்களில் நேர்மறை வேலை (விரிவாக்கம்), இரண்டில் எதிர்மறை வேலை (அழுத்தம்). முழு சுழற்சியிலும் *நிகர* வேலை இன்னும் நேர்மறையாக இருப்பது ஏன், இதை எதுவும் செய்யாத வளையமாக அல்லாமல் வெப்ப இயந்திரமாக ஆக்குகிறது என்று விளக்குங்கள்.

5 · நீட்டிப்பு

  1. அதே இரண்டு தேக்க வெப்பநிலைகளுக்கு இடையே இயங்கும் எந்த உண்மையான இயந்திரமும் கார்னோ செயல்திறனை மிஞ்ச முடியாது. η_c = 1 − Tc/Th பயன்படுத்தி, Tc = 0 K ஆகும்போது மட்டுமே — இயற்பியல் ரீதியாக அடைய முடியாதது — ஒரு இயந்திரம் 100% செயல்திறனை அடையும் ஏன் என்று விளக்குங்கள்.
  2. கார்னோ சுழற்சி முழுவதும் மீள்சுற்றக்கூடிய படிகளால் ஆனது (வெப்பநிலை மாறா மற்றும் வெப்பக் காப்பு, இரண்டும் எல்லையற்ற மெதுவாக சித்தரிக்கப்படுகின்றன). உராய்வு மற்றும் வரையறுக்கப்பட்ட-வேக வெப்பப் பரிமாற்றம் தவிர்க்க முடியாமல் உள்ள உண்மையான இயந்திரம், இந்த இலட்சிய செயல்திறனை என்றுமே முழுமையாக அடைய முடியாது ஏன் என்று விளக்குங்கள்.

இந்த சோதனையின் பின்னணி இயற்பியல்

கார்னோ செயல்திறன்

சூடான தேக்கம் Th மற்றும் குளிர்ந்த தேக்கம் Tc இடையே இயங்கும் எந்த வெப்ப இயந்திரத்தின் சாத்தியமான அதிகபட்ச செயல்திறனும் அவற்றின் வெப்பநிலை விகிதத்தை மட்டுமே சார்ந்தது: η_c = 1 − Tc/Th.

← சோதனைக்குத் திரும்பு

வெப்பவியக்கவியல்

138 இலவச அச்சிடக்கூடிய இயற்பியல் ஆய்வகப் பணித்தாள்கள்