Ters Carnot Döngüsü: Bir Buzdolabı
1 · Tahmin Et
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?
- 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.
2 · Kurulum
- Carnot-fridge ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. Carnot döngüsündeki aynı 4 ayak ters sırada çalışır.
- Bacak başına çalışma okumasını ve soğutma/ısıtma COP okumalarını etkinleştirin.
- Döngünün her bir ayağı için (1'den 4'e kadar), ayağın hedef hacmini ve o bacak boyunca gazın yaptığı işi okuyun.
3 · Veri Toplayın
| Bacak numarası | Bacağın hedef hacmi V (L) | Bu bacakta gazın yaptığı iş (J) |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 |
Bacakları sırayla takip ederek P-V diyagramını çizin. Hareket yönünü (saat yönünde veya saat yönünün tersine) Carnot döngüsü deneyinin diyagramıyla karşılaştırın.
4 · Analiz et
- 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.
5 · Uzat
- 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.
Bu Deneyin Arkasındaki Fizik
Buzdolabı Performans Katsayısı
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.