Termodinamik
Otto çevrimi
Benzin motoru çevrimi: iki adyabat + iki izokor.
Otto çevrimi — etkileşimli Termodinamik simülasyonu. Benzin motoru çevrimi: iki adyabat + iki izokor. Canlı SI ölçümleri ve rehberli öğreticiyle ücretsiz, tarayıcı tabanlı sanal fizik laboratuvarı.
Otto döngüsü
Benzin motoru döngüsü: iki adyabat + iki izokor.
Otto çevrimi bir kıvılcım ateşlemeli motoru modeller: neredeyse sabit hacimde hızlı yanma basıncı yükseltir, ardından iş yapan adyabatik genleşme, sonra sabit hacimde egzoz gelir. Isı değişken sıcaklıkta eklendiği için aynı sıcaklık uçlarında Carnot'dan daha az verimlidir.
- η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
- Benzin motoru
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.
Yol gösterici soru
Otto çevrimi (adyabatik sıkıştırma, izokorik ısıtma, adyabatik genleşme, izokorik soğutma) bir benzinli motoru modeller. Carnot çevriminin aksine, iki ayağı sabit sıcaklıkta değil, sabit hacimdedir. Bu sabit hacimli bacaklar sırasında gaz herhangi bir iş yapıyor mu?
Tartılacak tahminler
- Bu bacaklardaki basınç değiştiği için iş hala yapılıyor.
- Sabit hacimli bacaklar negatif iş yapar.
- W = PΔV ve ΔV = 0 olduğundan sabit hacimli bacaklarda iş yapılmaz.
Değişken roller
Neyi ayarladınız:
- Bacak numarası
Ölçtüğünüz şey:
- Bacağın hedef hacmi V (L)
- Bu bacakta gazın yaptığı iş (J)
Araştırma nasıl yürütülüyor?
- otto-cycle ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. 1 mol nitrojen (f = 5), 40 L'den 10 L'ye sıkıştırılır ve ardından sabit hacimde 900 K'ye ısıtılır.
- Bacak başına çalışma ve ısı okumalarını etkinleştirin.
- Döngünün her bir ayağı için (1'den 4'e kadar), ayağın hedef hacmini ve o bacak boyunca gazın yaptığı işi okuyun.
Yöneten denklem
Otto Döngüsü Verimliliği — η = W / Qin
Motorun ölçülen verimi η = W/Q_in'dir — emilen ısı başına net iş; alıntılanan formülün gösterdiği tam olarak budur ve veri tablonuzun hesapladığı da budur. İdealize edilmiş Otto döngüsü için verim yalnızca sıkıştırma oranına r = V₁/V₂ ve ısı kapasitesi oranına γ bağlıdır: η = 1 − 1/r^(γ−1) — daha fazla sıkıştırma, daha yüksek verim.
Yazdırılabilir çalışma sayfasının öğrencilerden neyi çözmelerini istediği
- Sıkıştırma oranını r = V₁/V₂ = 4 ve γ = 1,4 kullanarak çevrim verimliliğini η = 1 − 1/r^(γ−1) hesaplayın.
- Bu çevrimin net işi, bacaklarının yarısı sıfır iş yapsa bile pozitiftir. İki adyabatik bacağın tek başına nasıl net pozitif iş çıktısı üretebileceğini açıklayın.
Bunun laboratuvarın ötesinde ortaya çıktığı yer
- Gerçek benzinli motorlar 10-12 civarındaki sıkıştırma oranlarıyla sınırlıdır (daha yüksek oranlar ön ateşlemeye/vuruntuya neden olur). η = 1 − 1/r^(γ−1) kullanarak, motor tasarımcılarının mümkün olduğunda neden daha yüksek sıkıştırma oranları için çabaladığını açıklayın.
- ...ancak benzer bir adyabatik sıkıştırma fikrine dayanır.
- 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
- Hoş geldiniz: Otto döngüsü
- Seçin: hazne
- Oynat'a basın
- Benzin motoru döngüsü
- Özellikler panelini açın
- Başardınız!
Sahneyi oluşturmak için etkileşimli simülasyonu açın, Oynat'a basın ve canlı ölçümler ile rehberli bir eğitim eşliğinde keşfedin.
Isı Motorları & Carnot Verimliliği