อุณหพลศาสตร์

วัฏจักรออตโต

วัฏจักรเครื่องยนต์เบนซิน: อะเดียแบตสองขั้น + ไอโซโคริกสองขั้น

วัฏจักรออตโต — การจำลองอุณหพลศาสตร์แบบโต้ตอบ วัฏจักรเครื่องยนต์เบนซิน: อะเดียแบตสองขั้น + ไอโซโคริกสองขั้น ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ

วัฏจักรออตโต

วัฏจักรเครื่องยนต์เบนซิน: สองอะเดียแบต + สองไอโซคอร์

วัฏจักรออตโตจำลองเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟ: การเผาไหม้อย่างรวดเร็วที่ปริมาตรเกือบคงที่เพิ่มความดัน ตามด้วยการขยายตัวแบบอะเดียแบติกที่ทำงาน จากนั้นไอเสียที่ปริมาตรคงที่ มันมีประสิทธิภาพน้อยกว่าคาร์โนต์ที่อุณหภูมิสุดขั้วเดียวกันเพราะความร้อนถูกเพิ่มที่อุณหภูมิแปรผัน

• η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
• เครื่องยนต์เบนซิน

สรุปการสืบสวน

วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ

บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้

คำถามขับเคลื่อน

วัฏจักรออตโต (อัดอะเดียแบติก ให้ความร้อนไอโซคอริก ขยายอะเดียแบติก ทำความเย็นไอโซคอริก) เป็นแบบจำลองเครื่องยนต์เบนซิน ต่างจากวัฏจักรคาร์โนต์ สองขั้นของมันเป็นปริมาตรคงที่แทนอุณหภูมิคงที่ ระหว่างขั้นปริมาตรคงที่เหล่านั้น แก๊สทำงานหรือไม่

คำทำนายที่ต้องชั่งใจ

• ยังมีงานเพราะความดันเปลี่ยนระหว่างขั้นเหล่านั้น
• ขั้นปริมาตรคงที่ทำงานเป็นลบ
• ช่วงปริมาตรคงที่ไม่มีงาน เพราะ W = PΔV และ ΔV = 0

บทบาทของตัวแปร

สิ่งที่คุณตั้ง:

• ลำดับขั้น

สิ่งที่คุณวัด:

• ปริมาตรเป้าหมายของขั้น V (m³)
• งานที่แก๊สทำในขั้นนี้ (J)

การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร

1. เปิดพรีเซ็ท otto-cycle แล้วกดรีเซ็ต ไนโตรเจน 1 mol (f = 5) อัดจาก 0.04 m³ เหลือ 0.01 m³ แล้วให้ความร้อนที่ปริมาตรคงที่ถึง 900 K
2. เปิดค่าแสดงงานและความร้อนรายขั้น
3. สำหรับทุกขั้นของวัฏจักร (1 ถึง 4) อ่านปริมาตรเป้าหมายของขั้นและงานที่แก๊สทำในขั้นนั้น

สมการควบคุม

ประสิทธิภาพวัฏจักรออตโต — η = W / Qin

สำหรับวัฏจักรออตโตอุดมคติ ประสิทธิภาพขึ้นกับอัตราส่วนการอัด r = V₁/V₂ และอัตราส่วนความจุความร้อน γ ของก๊าซเท่านั้น: η = 1 − 1/r^(γ−1) อัตราส่วนการอัดที่สูงกว่าให้ประสิทธิภาพสูงกว่า

สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด

• จงยืนยันว่าช่วง 2 และ 4 (ช่วงปริมาตรคงที่) มี W = 0 ในตาราง ขณะที่ช่วง 1 และ 3 (อะเดียแบติก) มีงานไม่เป็นศูนย์ จงคำนวณอัตราส่วนการอัด r = V₁/V₂ = 4 และประสิทธิภาพวัฏจักร η = 1 − 1/r^(γ−1) โดยใช้ γ = 1.4
• งานสุทธิของวัฏจักรนี้เป็นบวกแม้ครึ่งหนึ่งของขั้นทำงานศูนย์ อธิบายว่าเพียงสองขั้นอะเดียแบติกจะผลิตงานสุทธิบวกได้อย่างไร

สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ

• เครื่องยนต์เบนซินจริงถูกจำกัดอัตราส่วนการอัดไว้ราว 10-12 (ค่าที่สูงกว่าทำให้เกิดการลุกไหม้ก่อนเวลา) จงใช้ η = 1 − 1/r^(γ−1) อธิบายว่าทำไมผู้ออกแบบเครื่องยนต์จึงพยายามผลักดันอัตราส่วนการอัดให้สูงขึ้นเมื่อทำได้
• เครื่องยนต์ดีเซลใช้วัฏจักรต่าง (ให้ความร้อนไอโซบาริกแทนไอโซคอริก) แต่แนวคิดอัดอะเดียแบติกคล้ายกัน ทั้งคู่อาศัยขั้นอะเดียแบติกเปลี่ยนงานอัดเป็นอุณหภูมิสูงขึ้น เหตุใดการลดการสูญเสียความร้อนระหว่างอัดจึงสำคัญกับทั้งสองแบบ

• 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. ยินดีต้อนรับสู่ วัฏจักรออตโต
2. เลือกห้องบรรจุ
3. กดเล่น
4. วัฏจักรเครื่องยนต์เบนซิน
5. เปิดแผงคุณสมบัติ
6. คุณทำได้แล้ว!

เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ

เปิดห้องแล็บโต้ตอบ →

ดาวน์โหลดใบงาน →

เครื่องจักรความร้อนกับประสิทธิภาพคาร์โนต์