อุณหพลศาสตร์

ตู้เย็น (คาร์โนต์ย้อนกลับ)

เดินย้อนกลับ: งานที่ใส่เข้าไปจะสูบความร้อนจากเย็น→ร้อน (COP = Tc/(Th−Tc))

ตู้เย็น (คาร์โนต์ย้อนกลับ) — การจำลองอุณหพลศาสตร์แบบโต้ตอบ เดินย้อนกลับ: งานที่ใส่เข้าไปจะสูบความร้อนจากเย็น→ร้อน (COP = Tc/(Th−Tc)) ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ

COP ตู้เย็น

ทำงานย้อนกลับ: งานที่ป้อนเข้าไปสูบความร้อนจากเย็น→ร้อน (COP = Tc/(Th−Tc))

ตู้เย็นคือเครื่องยนต์ความร้อนที่ทำงานย้อนกลับ: งานทางไฟฟ้าขับเคลื่อนความร้อนจากภายในที่เย็นไปยังห้องที่อุ่น สัมประสิทธิ์สมรรถนะ COP = Q_c/W สามารถมีค่ามากกว่า 1 ได้ เพราะความร้อนที่สูบมามีค่ามากกว่างานที่ป้อนเข้าไป—ต่างจากประสิทธิภาพซึ่งมีค่า ≤ 1 เสมอ

• COP = T_c/(T_h−T_c)
• งานที่ป้อนเข้า

สรุปการสืบสวน

วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ

บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้

คำถามขับเคลื่อน

การรันวัฏจักรคาร์โนต์ย้อนกลับเปลี่ยนเครื่องจักรเป็นตู้เย็น — งานสุทธิไหลเข้าแทนที่จะออก แก๊สยังดูดความร้อนจากแหล่งกักความร้อนเย็นหรือไม่ เหมือนตู้เย็นจริงดึงความร้อนออกจากภายใน

คำทำนายที่ต้องชั่งใจ

• ไม่ — การกลับวัฏจักรกลับทิศว่าแหล่งกักใดดูดความร้อนด้วย
• วัฏจักรย้อนกลับไม่แลกเปลี่ยนความร้อนกับแหล่งกักใดเลย
• ใช่ — วัฏจักรย้อนกลับดูดความร้อนจากด้านเย็นและทิ้งความร้อนมากกว่าลงด้านร้อน โดยใช้งานที่ป้อนเข้ามา

บทบาทของตัวแปร

สิ่งที่คุณตั้ง:

• ลำดับขั้น

สิ่งที่คุณวัด:

• ปริมาตรเป้าหมายของขั้น V (L)
• งานที่แก๊สทำในขั้นนี้ (J)

การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร

1. เปิดค่าที่ตั้งไว้ carnot-fridge แล้วกดรีเซ็ต ขั้นเดียวกับ carnot-cycle ทั้ง 4 ขั้นรันย้อนลำดับ
2. เปิดค่าแสดงงานรายขั้น และค่าแสดง COP ทำความเย็น/ทำความร้อน
3. สำหรับทุกขั้นของวัฏจักร (1 ถึง 4) อ่านปริมาตรเป้าหมายของขั้นและงานที่แก๊สทำในขั้นนั้น

สมการควบคุม

สัมประสิทธิ์สมรรถนะตู้เย็น — COP = Tc / (Th − Tc)

สมรรถนะทำความเย็นของวัฏจักรคาร์โนต์ย้อนกลับวัดด้วย COP_cool = Tc/(Th − Tc) คือปริมาณความร้อนที่ดึงออกจากพื้นที่เย็นต่อหน่วยงานที่จ่ายให้ ช่องว่างอุณหภูมิที่แคบกว่าให้ COP ดี (สูง) กว่า

สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด

• จงรวมค่างานของทั้ง 4 ช่วง ผลรวม (งานสุทธิที่ก๊าซทำ) ควรออกมาเป็นลบ หมายความว่าต้องจ่ายงานสุทธิให้ก๊าซ จงคำนวณ COP ทำความเย็น = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 และ COP ทำความร้อน = Th/(Th − Tc) = 2.0
• เทียบลำดับขั้นที่นี่กับลำดับขั้นของ carnot-cycle อธิบายว่าการกลับลำดับขั้นเดียวกัน 4 ขั้นเพียงอย่างเดียวเปลี่ยนวัฏจักรจากเครื่องจักร (งานสุทธิออก) เป็นตู้เย็น (งานสุทธิเข้า) ได้อย่างไร

สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ

• COP ทำความเย็น 1.0 หมายถึงตู้เย็นย้ายความร้อน 1 J ออกจากพื้นที่เย็นต่องานที่จ่าย 1 J COP ทำความร้อน 2.0 (โหมดปั๊มความร้อน) หมายถึงส่งความร้อน 2 J ให้พื้นที่อุ่นต่องาน 1 J อธิบายว่าเหตุใด COP_heat จึงมากกว่า COP_cool พอดี 1 เสมอสำหรับแหล่งกักเดียวกัน
• ต่างจากประสิทธิภาพเครื่องจักร (≤ 1 เสมอ) COP อาจมากกว่า 1 ได้ — ไม่ใช่การละเมิดกฎอนุรักษ์พลังงาน อธิบายว่าเหตุใด COP > 1 จึงเป็นไปได้ พลังงานส่วนเกินที่ส่งออกมาจากแหล่งกักที่กำลังถูกทำให้เย็น ไม่ใช่ถูกสร้างจากความว่างเปล่า

• AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
• IB Physics — B.4 Thermodynamics
• General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
• NGSS High School Physics — Thermal energy transfer

1. ยินดีต้อนรับสู่ตู้เย็นคาร์โนต์
2. เลือกห้องแก๊ส
3. กดเล่น
4. COP ตู้เย็น
5. เปิดแผงคุณสมบัติ
6. ทำได้แล้ว!

เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ

เปิดห้องแล็บโต้ตอบ →

ดาวน์โหลดใบงาน →

เครื่องจักรความร้อนกับประสิทธิภาพคาร์โนต์