Termodinamik
Stirling çevrimi
İki izoterm + iki izokor (rejeneratör modellenmedi).
Stirling çevrimi — etkileşimli Termodinamik simülasyonu. İki izoterm + iki izokor (rejeneratör modellenmedi). Canlı SI ölçümleri ve rehberli öğreticiyle ücretsiz, tarayıcı tabanlı sanal fizik laboratuvarı.
Stirling döngüsü
İki izoterm + iki izokor (rejeneratör modellenmedi).
Stirling çevrimi, sabit hacim adımları sırasında ısıyı depolamak ve daha sonra geri vermek için bir rejeneratör kullanır, ideal bir tasarımda Carnot benzeri performansa yaklaşır. Gerçek Stirling motorları, karmaşıklığı daha sessiz çalışma ve esnek ısı kaynaklarıyla değiştirir.
- İki izoterm + iki izokor (rejeneratör modellenmedi)
- İdeal sınırda η_Carnot
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
Stirling çevriminde 2 izotermal bacak ve 2 izokorik bacak kullanılır, adyabatik bacak yoktur. Mükemmel bir "rejeneratörün" izokorik bacaklar arasındaki ısıyı geri dönüştürmesi durumunda verimliliği prensipte Carnot değerine eşit olabilir. İdeal bir rejeneratör olmadan ölçtüğünüz basit çevrim verimliliği Carnot sınırının altında mı kalır?
Tartılacak tahminler
- Evet — rejeneratör olmadan bu çevrimin ham verimliliği aynı iki rezervuar sıcaklığı için Carnot limitinin altındadır.
- Verimlilik, rejenerasyondan bağımsız olarak Carnot limitine tam olarak eşittir.
- Verimlilik Carnot sınırını aşıyor.
Değişken roller
Neyi ayarladınız:
- Bacak numarası
Ölçtüğünüz şey:
- Bacağın hedef hacmi V (L)
- Bu bacakta gazın yaptığı iş (J)
Araştırma nasıl yürütülüyor?
- Stirling çevrimi ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. 1 mol argon, yalnızca izotermal ve izokorik kollar kullanılarak 600 K ile 300 K arasında döngü yapar.
- Bacak başına çalışma okumasını ve döngü verimliliği okumasını etkinleştirin.
- Döngünün her bir ayağı için (1'den 4'e kadar), ayağın hedef hacmini ve o bacak boyunca gazın yaptığı işi okuyun.
Yöneten denklem
Çevrim Verimliliğine Carnot Üst Sınırı — η_c = 1 − Tc / Th
Tc ve Th sıcaklıkları arasında çalışan hiçbir çevrim (Stirling dahil) Carnot verimliliğini η_c = 1 − Tc/Th geçemez. Gerçek (yenilenmeyen) bir Stirling çevrimi bu sınırın altında kalır çünkü izokorik soğutma ayağı sırasında geri kazanılmamış ısıyı dışarı atar.
Yazdırılabilir çalışma sayfasının öğrencilerden neyi çözmelerini istediği
- 2 ve 4 (izokorik) bacaklarının W = 0 gösterdiğini doğrulayın. Net döngü çalışması için tüm 4 ayaklarının çalışmalarını toplayın ve döngünün verimlilik okumasını Carnot sınırı η_c = 1 − 300 /600 = 0.5 ile karşılaştırın.
- Bu döngünün ham verimliliği (izokorik bacakların ısısını geri kazanan ideal bir rejeneratör olmadan) 0,5'in altında kalır. Birinci yasayı kullanarak izokorik soğutma ayağı sırasında boşalan ısının neden basit motorun geri kazanamadığı enerjiyi temsil ettiğini açıklayın.
Bunun laboratuvarın ötesinde ortaya çıktığı yer
- Gerçek bir Stirling motoru, izokorik soğutma sırasında açığa çıkan ısıyı depolayan ve izokorik ısıtma sırasında geri döndüren bir ağ olan bir rejeneratör kullanır. Mükemmel bir rejeneratörün neden adyabatik bacaklar olmasa bile bu çevrimin Carnot verimliliğine yaklaşmasına izin vereceğini açıklayın.
- Stirling motorları, içten yanma gerektirmek yerine herhangi bir harici ısı kaynağıyla (güneş enerjisi, atık ısı, hatta uzaydaki sıcaklık farklılıkları) çalıştığı için ödüllendirilir. Bu uygulamalar için neden harici ısıtmalı kapalı çevrimli bir motor çekici olabilir?
- 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: Stirling döngüsü
- Seçin: hazne
- Oynat'a basın
- Rejeneratif döngü
- 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