อุณหพลศาสตร์
วัฏจักรสเตอร์ลิง
ไอโซเทอร์มอลสองขั้น + ไอโซโคริกสองขั้นพร้อมการคืนความร้อน
วัฏจักรสเตอร์ลิง — การจำลองอุณหพลศาสตร์แบบโต้ตอบ ไอโซเทอร์มอลสองขั้น + ไอโซโคริกสองขั้นพร้อมการคืนความร้อน ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
วัฏจักรสเตอร์ลิง
สองอุณหภูมิคงที่ + สองปริมาตรคงที่พร้อมการสร้างใหม่
วัฏจักรสเตอร์ลิงใช้ตัวสร้างใหม่เพื่อเก็บความร้อนระหว่างขั้นตอนปริมาตรคงที่และคืนกลับในภายหลัง เข้าใกล้ประสิทธิภาพแบบคาร์โนต์ในการออกแบบอุดมคติ เครื่องยนต์สเตอร์ลิงจริงแลกความซับซ้อนกับการทำงานที่เงียบกว่าและแหล่งความร้อนที่ยืดหยุ่น
- สองขั้นอุณหภูมิคงที่ + การคืนความร้อน
- η_Carnot ที่ขีดจำกัดอุดมคติ
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
วัฏจักรสเตอร์ลิงใช้ 2 ขั้นอุณหภูมิคงที่กับ 2 ขั้นปริมาตรคงที่ ไม่มีขั้นอะเดียแบติกเลย ประสิทธิภาพของมันหลักการแล้วเทียบค่าคาร์โนต์ได้ถ้า “รีเจนเรเตอร์” สมบูรณ์รีไซเคิลความร้อนระหว่างขั้นไอโซคอริก โดยไม่มีรีเจนเรเตอร์อุดมคติ ประสิทธิภาพวัฏจักรอย่างง่ายที่คุณวัดต่ำกว่าเพดานคาร์โนต์หรือไม่
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- ใช่ — โดยไม่มีรีเจนเรเตอร์ ประสิทธิภาพดิบของวัฏจักรนี้ต่ำกว่าเพดานคาร์โนต์ที่อุณหภูมิแหล่งกักเดียวกัน
- ประสิทธิภาพเท่าเพดานคาร์โนต์พอดีไม่ว่าจะมีการกู้คืนหรือไม่
- ประสิทธิภาพเกินเพดานคาร์โนต์
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- ลำดับขั้น
สิ่งที่คุณวัด:
- ปริมาตรเป้าหมายของขั้น V (m³)
- งานที่แก๊สทำในขั้นนี้ (J)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ stirling-cycle แล้วกดรีเซ็ต อาร์กอน 1 mol วนระหว่าง 600 K กับ 300 K ด้วยขั้นอุณหภูมิคงที่และปริมาตรคงที่เท่านั้น
- เปิดค่าแสดงงานรายขั้นและประสิทธิภาพวัฏจักร
- สำหรับทุกขั้นของวัฏจักร (1 ถึง 4) อ่านปริมาตรเป้าหมายของขั้นและงานที่แก๊สทำในขั้นนั้น
สมการควบคุม
เพดานคาร์โนต์ของประสิทธิภาพวัฏจักร — η_c = 1 − Tc / Th
ไม่มีวัฏจักรใดที่ทำงานระหว่างอุณหภูมิ Tc กับ Th — รวมถึงสเตอร์ลิง — เกินประสิทธิภาพคาร์โนต์ η_c = 1 − Tc/Th ได้ วัฏจักรสเตอร์ลิงจริง (แบบไม่มีตัวกู้คืนความร้อน) ไม่ถึงขอบเขตนี้ เพราะปล่อยความร้อนที่กู้คืนไม่ได้ทิ้งในช่วงทำความเย็นปริมาตรคงที่
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- จงยืนยันว่าช่วง 2 และ 4 (ปริมาตรคงที่) มี W = 0 จงรวมงานทั้ง 4 ช่วงเป็นงานสุทธิของวัฏจักร และเทียบค่าประสิทธิภาพที่อ่านได้กับขอบเขตคาร์โนต์ η_c = 1 − 300/600 = 0.5
- ประสิทธิภาพดิบของวัฏจักรนี้ (โดยไม่มีรีเจนเรเตอร์อุดมคติกู้ความร้อนของขั้นไอโซคอริก) อยู่ต่ำกว่า 0.5 ใช้กฎข้อที่หนึ่งอธิบายว่าเหตุใดความร้อนที่ทิ้งระหว่างขั้นทำความเย็นไอโซคอริกจึงเป็นพลังงานที่เครื่องจักรอย่างง่ายไม่กู้คืน
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- เครื่องยนต์สเตอร์ลิงจริงใช้รีเจนเรเตอร์ — ตะแกรงที่เก็บความร้อนที่ปล่อยระหว่างทำความเย็นไอโซคอริกและคืนระหว่างให้ความร้อนไอโซคอริก อธิบายว่าเหตุใดรีเจนเรเตอร์สมบูรณ์จึงพาวัฏจักรนี้เข้าใกล้ประสิทธิภาพคาร์โนต์ได้แม้ไม่มีขั้นอะเดียแบติก
- เครื่องยนต์สเตอร์ลิงได้รับการยกย่องที่ทำงานด้วยแหล่งความร้อนภายนอกใดก็ได้ (แสงอาทิตย์ ความร้อนเหลือทิ้ง แม้ความต่างอุณหภูมิในอวกาศ) โดยไม่ต้องเผาไหม้ภายใน เหตุใดเครื่องยนต์วัฏจักรปิดให้ความร้อนภายนอกจึงน่าสนใจสำหรับการใช้งานเหล่านั้น
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่ วัฏจักรสเตอร์ลิง
- เลือกห้องบรรจุ
- กดเล่น
- วัฏจักรแบบสร้างใหม่
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ
เครื่องจักรความร้อนกับประสิทธิภาพคาร์โนต์