కార్నో చక్రం: గరిష్ఠ సాధ్యమైన యంత్ర దక్షత

1 · ఊహించండి

కార్నో యంత్రం వాయువును 4 దశల గుండా (సమతాప వ్యాకోచం, రుద్ధోష్మ వ్యాకోచం, సమతాప సంపీడనం, రుద్ధోష్మ సంపీడనం) తిరిగి ప్రారంభ స్థితికి తీసుకువెళ్తుంది. ఒక పూర్తి చక్రంలో వాయువు అంతరిక శక్తి మారుతుందా?

• వాయువు నికర ధనాత్మక పని చేస్తుంది కాబట్టి అంతరిక శక్తి చక్రంపై పెరుగుతుంది.
• అంతరిక శక్తి తన ప్రారంభ విలువకు తిరిగి వస్తుంది — మూసిన చక్రంపై నికర మార్పు సున్నా.
• అంతరిక శక్తి చక్రంపై తగ్గుతుంది.

2 · అమరిక

1. carnot-cycle ప్రీసెట్‌ను తెరిచి రీసెట్ నొక్కండి. 1 mol ఆర్గాన్ (f = 3) 600 K వేడి జలాశయం, 300 K చల్లని జలాశయం మధ్య చక్రం చేస్తుంది.
2. దశ-స్థాయి పని రీడింగ్‌ను చేతనం చేయండి.
3. చక్రం యొక్క ప్రతి దశకూ (1 నుండి 4 వరకు), ఆ దశ యొక్క లక్ష్య ఘనపరిమాణం, ఆ దశలో వాయువు చేసిన పనిని చదవండి.

3 · డేటా సేకరించండి

అన్ని 4 దశలకూ P-V రేఖాచిత్రాన్ని స్కెచ్ చేయండి, ప్రతి దశ సమతాపమా రుద్ధోష్మమా, వాయువు ధనాత్మక పని చేస్తుందా ఋణాత్మకమా అని గుర్తించండి.

4 · విశ్లేషించండి

1. మీ 4 దశల పని విలువలను కలపండి. మొత్తాన్ని nR(Th − Tc)·ln(2) తో (ఈ చక్ర ఘనపరిమాణ నిష్పత్తులకు సుమారుగా) పోల్చండి, చక్ర దక్షత η = W_net/Qin ను కార్నో విలువ η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300/600 = 0.5 తో పోల్చండి.
2. రెండు దశలు ధనాత్మక పని (వ్యాకోచం), రెండు ఋణాత్మక పని (సంపీడనం) కలిగి ఉంటాయి. పూర్తి చక్రంపై నికర పని ఇప్పటికీ ధనాత్మకంగా ఎందుకు ఉంటుందో వివరించండి — దీనాల్ని ఏమీ చేయని లూప్ కాకుండా ఉష్ణ యంత్రంగా మార్చేది ఇదే.

5 · విస్తరించండి

1. అదే రెండు జలాశయ ఉష్ణోగ్రతల మధ్య పనిచేసే ఏ నిజమైన యంత్రమూ కార్నో దక్షతను అధిగమించలేదు. η_c = 1 − Tc/Th ఉపయోగించి, యంత్రం 100% దక్షతను చేరడానికి Tc = 0 K మాత్రమే సరిపోతుంది — భౌతికంగా అందుబాటులో లేనిది — ఎందుకో వివరించండి.
2. కార్నో చక్రం పూర్తిగా విపర్యామ్య దశలతో నిర్మించబడింది (సమతాప, రుద్ధోష్మ రెండూ అనంతంగా నెమ్మదిగా ఊహించబడతాయి). తప్పనిసరిగా ఘర్షణ, పరిమిత-వేగ ఉష్ణ బదిలీ కలిగిన నిజమైన యంత్రం ఈ ఆదర్శ దక్షతను ఎప్పుడూ పూర్తిగా చేరలేదో వివరించండి.

ఈ ప్రయోగం వెనుక ఉన్న భౌతిక శాస్త్రం

← ప్రయోగానికి తిరిగి

138 ఉచిత ముద్రించగల భౌతిక శాస్త్ర ప్రయోగ పత్రకాలు