Termodinamik

Carnot çevrimi

En verimli çevrim: η = 1 − Tc/Th.

Carnot çevrimi — etkileşimli Termodinamik simülasyonu. En verimli çevrim: η = 1 − Tc/Th. Canlı SI ölçümleri ve rehberli öğreticiyle ücretsiz, tarayıcı tabanlı sanal fizik laboratuvarı.

Carnot verimi

En verimli döngü: η = 1 − Tc/Th.

Bir Carnot makinesi iki rezervuar arasında tersinir şekilde çalışır. Her aşama ya izotermik (sabit T'de ısı alışverişi) ya da adyabatiktir (ısı yok). Tersinmezlik yararlı enerjiyi entropi üretimi olarak boşa harcadığı için hiçbir gerçek makine bu verimliliği aşamaz.

• η = 1 − T_c/T_h
• Maksimum η

Araştırma özeti

Laboratuvarı açmadan önce soruyu planlayın

Bu özet, önceden oluşturulmuş sayfayı yansıtır: yönlendirici soru, yarışan tahminler, değişken rolleri, yöneten yasalar, kurulum, analiz ve geliştirme istemleri görünür kalır ve bu sırayı izler.

Sürüş sorusu

Bir Carnot motoru, gazı 4 ayaktan (izotermal genleşme, adyabatik genleşme, izotermal sıkıştırma, adyabatik sıkıştırma) başlangıç durumuna geri taşır. Gazın iç enerjisi bir tam çevrim boyunca değişiyor mu?

Tartılacak tahminler

• Gaz net pozitif iş yaptığından çevrim boyunca iç enerji artar.
• İç enerji başlangıç değerine döner; kapalı bir döngüde sıfır net değişim.
• Çevrim boyunca iç enerji azalır.

Değişken roller

Neyi ayarladınız:

• Bacak numarası

Ölçtüğünüz şey:

• Bacağın hedef hacmi V (L)
• Bu bacakta gazın yaptığı iş (J)

Araştırma nasıl yürütülüyor?

1. Carnot döngüsü ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. 1 mol argon (f = 3), 600 K sıcak rezervuar ile 300 K soğuk rezervuar arasında döngü yapar.
2. Bacak başına çalışma okumasını etkinleştirin.
3. Döngünün her bir ayağı için (1'den 4'e kadar), ayağın hedef hacmini ve o bacak boyunca gazın yaptığı işi okuyun.

Yönetim denklemi

Carnot Verimliliği — η_c = 1 − Tc / Th

Sıcak rezervuar Th ile soğuk rezervuar Tc arasında çalışan herhangi bir ısı motorunun mümkün olan maksimum verimliliği yalnızca sıcaklık oranlarına bağlıdır: η_c = 1 − Tc/Th.

Yazdırılabilir çalışma sayfasının öğrencilerden neyi çözmelerini istediği

• 4 bacaklarınızın çalışma değerlerini toplayın. Toplamı nR(Th − Tc)·ln(2) (yaklaşık olarak, bu döngünün hacim oranları için) ile karşılaştırın ve döngünün verimliliğini η = W_net/Qin Carnot değeri η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300 /600 ile karşılaştırın. = 0.5 .
• İki bacağın pozitif işi (genişleme) ve iki ayağının negatif işi (sıkıştırma) vardır. Tüm döngü boyunca *net* işin neden hala pozitif olduğunu, bunun hiçbir şey yapmama döngüsünden ziyade bir ısı motoru haline geldiğini açıklayın.

Bunun laboratuvarın ötesinde ortaya çıktığı yer

• Aynı iki rezervuar sıcaklığı arasında çalışan hiçbir gerçek motor Carnot verimliliğini geçemez. η_c = 1 − Tc/Th kullanarak bir motorun neden yalnızca Tc = 0 K (fiziksel olarak erişilemez olması) durumunda %100 verime ulaşabileceğini açıklayın.
• Carnot çevrimi tamamen tersinir adımlardan (izotermal ve adyabatik, her ikisi de sonsuz yavaş olarak idealize edilmiştir) oluşturulmuştur. Kaçınılmaz olarak sürtünmeye ve sonlu hızda ısı transferine sahip olan gerçek bir motorun neden bu ideal verime tam olarak ulaşamadığını açıklayın.

• 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. Hoş geldiniz: Carnot döngüsü
2. Seçin: hazne
3. Oynat'a basın
4. Maksimum verim
5. Denetleyiciyi açın
6. Başardınız!

Sahneyi oluşturmak için etkileşimli simülasyonu açın, Oynat'a basın ve canlı ölçümler ile rehberli bir eğitim eşliğinde keşfedin.

Etkileşimli Laboratuvarı Aç →

Laboratuvar sayfasını indir →

Isı Motorları & Carnot Verimliliği