Termodinamik

Soğutucu (ters Carnot)

Tersine çalıştırın: girilen iş, ısıyı soğuktan sıcağa pompalar (COP = Tc/(Th−Tc)).

Soğutucu (ters Carnot) — etkileşimli Termodinamik simülasyonu. Tersine çalıştırın: girilen iş, ısıyı soğuktan sıcağa pompalar (COP = Tc/(Th−Tc)). Canlı SI ölçümleri ve rehberli öğreticiyle ücretsiz, tarayıcı tabanlı sanal fizik laboratuvarı.

Buzdolabı COP

Ters çalıştırın: giren iş, ısıyı soğuktan sıcağa pompalar (COP = Tc/(Th−Tc)).

Bir buzdolabı, geriye doğru çalıştırılan bir ısı makinesidir: elektrik işi, ısıyı soğuk içeriden sıcak odaya sürer. Performans katsayısı COP = Q_c/W, pompalanan ısı sağlanan işten büyük olduğu için 1'i aşabilir — her zaman ≤ 1 olan verimden farklı olarak.

• COP = T_c/(T_h−T_c)
• Giren iş

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

Carnot çevrimini geriye doğru çalıştırmak, motoru bir buzdolabına dönüştürür; net iş dışarı çıkmak yerine içeri girer. Gaz, gerçek bir buzdolabının ısıyı iç kısmından dışarı çekmesi gibi, hala soğuk rezervuardan ısıyı emiyor mu?

Tartılacak tahminler

• Hayır — döngünün tersine çevrilmesi aynı zamanda hangi rezervuarın ısıyı emdiğini de tersine çevirir.
• Tersine çevrilmiş bir döngü, her iki rezervuarla da ısı alışverişi yapmaz.
• Evet - ters çevrim, soğuk taraftan ısıyı emer ve bunu yapmak için girdi işini kullanarak sıcak tarafa daha fazla ısı aktarır.

Değişken roller

Neyi ayarladınız:

• Bacak numarası

Ölçtüğünüz şey:

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

Araştırma nasıl yürütülüyor?

1. Carnot-fridge ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. Carnot döngüsündeki aynı 4 ayak ters sırada çalışır.
2. Bacak başına çalışma okumasını ve soğutma/ısıtma COP okumalarını 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

Buzdolabı Performans Katsayısı — COP = Tc / (Th − Tc)

Ters Carnot çevriminin soğutma performansı COP_cool = Tc/(Th – Tc) ile ölçülür: sağlanan iş birimi başına soğuk alandan ne kadar ısı çıkarılır. Daha küçük sıcaklık aralıkları daha iyi (daha yüksek) COP sağlar.

Yazdırılabilir çalışma sayfasının öğrencilerden neyi çözmelerini istediği

• 4 bacaklarınızın çalışma değerlerini toplayın — toplam (gaz TARAFINDAN yapılan net iş) negatif çıkmalıdır, bu da gaza net iş sağlanması gerektiği anlamına gelir. Soğutma COP = Tc/(Th − Tc) = 300 /(600−300) = 1.0 ve ısıtma COP = Th/(Th − Tc) = 2.0'yi hesaplayın.
• Buradaki bacak sırasını Carnot-cycle'ın bacak sırası ile karşılaştırın. Aynı 4 ayağın sırasını tersine çevirmenin, çevrimi motordan (net çalışma) buzdolabına (net çalışma girişi) nasıl çevirdiğini açıklayın.

Bunun laboratuvarın ötesinde ortaya çıktığı yer

• 1,0 soğutma COP değeri, buzdolabının sağlanan her 1 J iş için 1 J ısıyı soğuk alandan dışarı çıkardığı anlamına gelir. 2,0'lık bir ısıtma COP'si (ısı pompası modu), 1 J iş başına sıcak alana 2 J ısı ilettiği anlamına gelir. Aynı rezervuarlar için COP_heat'in neden her zaman COP_cool'dan tam olarak 1 daha fazla olduğunu açıklayın.
• Motor verimliliğinden farklı olarak (her zaman ≤ 1), COP 1'i aşabilir; bu, enerji tasarrufunun ihlali değildir. COP > 1'in neden mümkün olduğunu açıklayın: iletilen ekstra enerji, sıfırdan yaratılmamış, soğutulan rezervuardan gelir.

• 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 buzdolabı
2. Seçin: hazne
3. Oynat'a basın
4. Buzdolabı COP
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