ఒట్టో చక్రం: పెట్రోల్ ఇంజన్ యొక్క ఆదర్శీకృత నమూనా

1 · ఊహించండి

ఒట్టో చక్రం (రుద్ధోష్మ సంపీడనం, సమఘనపరిమాణ తాపనం, రుద్ధోష్మ వ్యాకోచం, సమఘనపరిమాణ శీతలీకరణం) పెట్రోల్ ఇంజన్‌ను నమూనా చేస్తుంది. కార్నో చక్రానికి భిన్నంగా, దీని రెండు దశలు స్థిర ఉష్ణోగ్రత కాదు, స్థిర ఘనపరిమాణం వద్ద ఉంటాయి. ఆ స్థిర-ఘనపరిమాణ దశలలో వాయువు ఏ పనీ చేస్తుందా?

• ఆ దశలలో పీడనం మారుతుంది కాబట్టి పని ఇప్పటికీ జరుగుతుంది.
• స్థిర-ఘనపరిమాణ దశలు ఋణాత్మక పని చేస్తాయి.
• W = PΔV కాబట్టి, ΔV = 0 అయిన స్థిర-ఘనపరిమాణ దశలలో పని జరగదు.

2 · అమరిక

1. otto-cycle ప్రీసెట్‌ను తెరిచి రీసెట్ నొక్కండి. 1 mol నైట్రోజన్ (f = 5) 40 L నుండి 10 L కు సంపీడనం అవుతుంది, తర్వాత స్థిర ఘనపరిమాణం వద్ద 900 K కు వేడెక్కుతుంది.
2. దశ-స్థాయి పని, ఉష్ణ రీడింగ్‌లను 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. ఏ దశలు స్థిర-ఘనపరిమాణ (నిలువు) భాగాలో గుర్తించి, అక్కడ మీ పని రీడింగ్‌లు 0 అని నిర్ధారించండి.

4 · విశ్లేషించండి

1. దశలు 2, 4 (సమఘనపరిమాణ దశలు) మీ పట్టికలో W = 0 చూపుతాయని, దశలు 1, 3 (రుద్ధోష్మ) శూన్యేతర పని చూపుతాయని నిర్ధారించండి. సంపీడన నిష్పత్తి r = V₁/V₂ = 4, చక్ర దక్షత η = 1 − 1/r^(γ−1) (γ = 1.4 ఉపయోగించి) లెక్కించండి.
2. సగం దశలు సున్నా పని చేసినప్పటికీ ఈ చక్ర నికర పని ధనాత్మకం. రెండు రుద్ధోష్మ దశలు మాత్రమే ఎలా నికర ధనాత్మక పని అవుట్‌పుట్‌ను ఉత్పత్తి చేయగలవో వివరించండి.

5 · విస్తరించండి

1. నిజమైన పెట్రోల్ ఇంజన్లు 10-12 సుమారు సంపీడన నిష్పత్తులకు పరిమితం (ఎక్కువ నిష్పత్తులు ప్రీ-ఇగ్నిషన్/నాకింగ్‌కు కారణమవుతాయి). η = 1 − 1/r^(γ−1) ఉపయోగించి, ఇంజన్ డిజైనర్లు వీలైనప్పుడల్లా ఎక్కువ సంపీడన నిష్పత్తుల కోసం ఎందుకు ప్రయత్నిస్తారో వివరించండి.
2. డీజిల్ ఇంజన్ భిన్నమైన చక్రాన్ని వాడుతుంది (సమఘనపరిమాణం బదులు సమపీడన తాపనం) కానీ ఇదే రుద్ధోష్మ-సంపీడన భావనను వాడుతుంది. రెండూ సంపీడన పనిని ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతలుగా మార్చడానికి రుద్ధోష్మ దశలపై ఆధారపడతాయి. రెండు నమూనాలకూ సంపీడన సమయంలో ఉష్ణ నష్టాన్ని తగ్గించడం ముఖ్యమెందుకు?

ఈ ప్రయోగం వెనుక ఉన్న భౌతిక శాస్త్రం

← ప్రయోగానికి తిరిగి

138 ఉచిత ముద్రించగల భౌతిక శాస్త్ర ప్రయోగ పత్రకాలు