วัฏจักรออตโต แบบจำลองอุดมคติของเครื่องยนต์เบนซิน

1 · ทำนาย

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

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

2 · จัดเตรียม

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

3 · เก็บข้อมูล

ร่างไดอะแกรม P-V ของทั้ง 4 ขั้น กำกับว่าขั้นใดเป็นช่วงปริมาตรคงที่ (แนวดิ่ง) และยืนยันว่าค่างานที่อ่านได้เป็น 0 ตรงนั้น

4 · วิเคราะห์

1. 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
2. งานสุทธิของวัฏจักรนี้เป็นบวกแม้ครึ่งหนึ่งของขั้นทำงานศูนย์ อธิบายว่าเพียงสองขั้นอะเดียแบติกจะผลิตงานสุทธิบวกได้อย่างไร

5 · ต่อยอด

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

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

← กลับไปการทดลอง