Otto Çevrimi: Benzinli Motorun İdealleştirilmiş Modeli
1 · Tahmin Et
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?
- 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.
2 · Kurulum
- otto-cycle ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. 1 mol nitrojen (f = 5), 0.04 m³'den 0.01 m³,'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.
3 · Veri Toplayın
| Bacak numarası | Bacağın hedef hacmi V (m³) | Bu bacakta gazın yaptığı iş (J) |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 |
4 bacağın tümü için P-V diyagramını çizin. Hangi bacakların sabit hacimli (dikey) bölümler olduğunu işaretleyin ve iş okumalarınızın burada 0 olduğunu doğrulayın.
4 · Analiz et
- Tablonuzda 2 ve 4 bacaklarının (izokorik bacaklar) W = 0 gösterdiğini, 1 ve 3 (adyabatik) bacakların ise sıfırdan farklı iş gösterdiğini doğrulayın. Sıkıştırma oranını r = V₁/V₂ = 4 ve çevrim verimliliğini η = 1 − 1 /r^(γ−1) kullanarak γ = 1.4 kullanarak hesaplayın.
- Bu çevrimin net işi, bacaklarının yarısı sıfır iş yapsa bile pozitiftir. İki adyabatik bacağın tek başına nasıl net pozitif iş çıktısı üretebileceğini açıklayın.
5 · Uzat
- 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.
- Dizel motor farklı bir çevrim (izokorik yerine izobarik ısıtma) kullanır ancak benzer bir adiabatic-compression fikri kullanır. Her ikisi de sıkıştırma işini daha yüksek sıcaklıklara dönüştürmek için adyabatik bacaklara güveniyor. Sıkıştırma sırasında ısı kaybını en aza indirmek her iki tasarım için neden önemlidir?
Bu Deneyin Arkasındaki Fizik
Otto Döngüsü Verimliliği
İdealleştirilmiş bir Otto çevrimi için verimlilik yalnızca r = V₁/V₂ sıkıştırma oranına ve gazın ısı kapasitesi oranına bağlıdır γ: η = 1 − 1 /r^(γ−1). Daha yüksek sıkıştırma oranları daha yüksek verimlilik sağlar.