వ్యతిరిక్త కార్నో చక్రం: ఒక రిఫ్రిజిరేటర్
1 · ఊహించండి
కార్నో చక్రాన్ని వెనుకకు నడపడం యంత్రాన్ని రిఫ్రిజిరేటర్గా మారుస్తుంది — నికర పని బయటకు రాకుండా లోపలికి వెళ్తుంది. నిజమైన ఫ్రిజ్ తన లోపలి భాగం నుండి ఉష్ణాన్ని బయటకు లాగినట్టుగా, వాయువు ఇప్పటికీ చల్లని జలాశయం నుండి ఉష్ణాన్ని శోషిస్తుందా?
- లేదు — చక్రాన్ని వ్యతిరిక్తం చేయడం వల్ల ఏ జలాశయం ఉష్ణాన్ని శోషిస్తుందో కూడా తారుమారవుతుంది.
- వ్యతిరిక్త చక్రం ఏ జలాశయంతోనూ ఉష్ణం మార్చుకోదు.
- అవును — వ్యతిరిక్త చక్రం చల్లని వైపు నుండి ఉష్ణాన్ని శోషించి, ఇన్పుట్ పనిని ఉపయోగించి, వేడి వైపుకు ఎక్కువ ఉష్ణాన్ని వదులుతుంది.
2 · అమరిక
- carnot-fridge ప్రీసెట్ను తెరిచి రీసెట్ నొక్కండి. carnot-cycle లోని అదే 4 దశలు వ్యతిరేక క్రమంలో నడుస్తాయి.
- దశ-స్థాయి పని రీడింగ్, శీతలీకరణ/తాపన COP రీడింగ్లను చేతనం చేయండి.
- చక్రం యొక్క ప్రతి దశకూ (1 నుండి 4 వరకు), ఆ దశ యొక్క లక్ష్య ఘనపరిమాణం, ఆ దశలో వాయువు చేసిన పనిని చదవండి.
3 · డేటా సేకరించండి
| దశ సంఖ్య | దశ యొక్క లక్ష్య ఘనపరిమాణం V (L) | ఈ దశలో వాయువు చేసిన పని (J) |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 |
దశలను క్రమంలో అనుసరిస్తూ P-V రేఖాచిత్రాన్ని స్కెచ్ చేయండి. ప్రయాణ దిశను (సవ్యదిశ లేదా అపసవ్యదిశ) carnot-cycle ప్రయోగ రేఖాచిత్రంతో పోల్చండి.
4 · విశ్లేషించండి
- మీ 4 దశల పని విలువలను కలపండి — మొత్తం (వాయువు చేసిన నికర పని) ఋణాత్మకంగా రావాలి, అంటే నికర పని వాయువుకు సరఫరా చేయాలి. శీతలీకరణ COP = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0, తాపన COP = Th/(Th − Tc) = 2.0 లెక్కించండి.
- ఇక్కడి దశ క్రమాన్ని carnot-cycle దశ క్రమంతో పోల్చండి. అదే 4 దశల క్రమాన్ని సరిగ్గా వ్యతిరిక్తం చేయడం చక్రాన్ని యంత్రం (నికర పని బయటకు) నుండి రిఫ్రిజిరేటర్ (నికర పని లోపలికి) గా ఎలా మార్చుతుందో వివరించండి.
5 · విస్తరించండి
- 1.0 శీతలీకరణ COP అంటే ప్రతి 1 J పనికి ఫ్రిజ్ చల్లని స్థలం నుండి 1 J ఉష్ణాన్ని బయటకు తరలిస్తుంది. 2.0 తాపన COP (హీట్ పంప్ మోడ్) అంటే ప్రతి 1 J పనికి వేడి స్థలానికి 2 J ఉష్ణాన్ని అందిస్తుంది. అదే జలాశయాలకు COP_heat ఎప్పుడూ COP_cool కంటే సరిగ్గా 1 ఎక్కువగా ఉంటుందో వివరించండి.
- యంత్ర దక్షత (ఎప్పుడూ ≤ 1) మాదిరిగా కాకుండా, COP 1 కంటే ఎక్కువ కాగలదు — అది శక్తి సంరక్షణ ఉల్లంఘన కాదు. COP > 1 సాధ్యమే ఎందుకో వివరించండి: అందించబడిన అదనపు శక్తి శూన్యం నుండి సృష్టించబడదు, చల్లబడుతున్న జలాశయం నుండి వస్తుంది.
ఈ ప్రయోగం వెనుక ఉన్న భౌతిక శాస్త్రం
రెఫ్రిజిరేటర్ పనితీరు గుణకం
వ్యతిరిక్త కార్నో చక్రపు శీతలీకరణ పనితీరు COP_cool = Tc/(Th − Tc) తో కొలుస్తారు: సరఫరా చేసిన ప్రతి యూనిట్ పనికి చల్లని స్థలం నుండి ఎంత ఉష్ణం తొలగించబడుతుందో. చిన్న ఉష్ణోగ్రత అంతరాలు మెరుగైన (ఎక్కువ) COP ఇస్తాయి.
ఉష్ణగతిక శాస్త్రం
- ఆదర్శ వాయు నియమం: పీడనం, ఘనపరిమాణం, ఉష్ణోగ్రత
- గతి సిద్ధాంతం: ఉష్ణోగ్రత, అణు వడి
- సమతాప సంపీడనం: స్థిర ఉష్ణోగ్రత వద్ద చేసిన పని
- సమపీడన తాపనం: స్థిర పీడనం వద్ద వ్యాకోచం
- సమఘనపరిమాణ తాపనం: స్థిర ఘనపరిమాణం వద్ద పీడన పెరుగుదల
- రుద్ధోష్మ వ్యాకోచం: ఉష్ణం కోల్పోకుండా చల్లబడటం
- కెలోరిమెట్రీ: వేడి, చల్లని వాటిని కలపడం
- ఉష్ణ వాహకత: కడ్డీ గుండా ఉష్ణ ప్రవాహం
- కార్నో చక్రం: గరిష్ఠ సాధ్యమైన యంత్ర దక్షత
- ఒట్టో చక్రం: పెట్రోల్ ఇంజన్ యొక్క ఆదర్శీకృత నమూనా
- స్టర్లింగ్ చక్రం: పునరుత్పాదకంతో కూడిన సమతాప దశలు
- విపర్యామ్య సమతాప వ్యాకోచంలో ఎన్ట్రోపి మార్పు