Nhiệt động lực học

Chu trình Carnot

Chu trình hiệu quả nhất: η = 1 − Tc/Th.

Chu trình Carnot — mô phỏng Nhiệt động lực học tương tác. Chu trình hiệu quả nhất: η = 1 − Tc/Th. Phòng thí nghiệm vật lý ảo miễn phí trên trình duyệt với phép đo SI trực tiếp và hướng dẫn từng bước.

Hiệu suất Carnot

Chu trình hiệu quả nhất: η = 1 − Tc/Th.

Động cơ Carnot hoạt động thuận nghịch giữa hai bể chứa nhiệt. Mỗi giai đoạn là đẳng nhiệt (trao đổi nhiệt ở T không đổi) hoặc đoạn nhiệt (không có nhiệt). Không động cơ thực nào có thể vượt qua hiệu suất này vì tính bất thuận nghịch làm mất năng lượng hữu ích dưới dạng sinh entropy.

• η = 1 − T_c/T_h
• η cực đại

Tóm tắt điều tra

Lập kế hoạch câu hỏi trước khi bạn mở phòng thí nghiệm

Bản tóm tắt phản ánh trang được kết xuất trước: câu hỏi dẫn dắt, các dự đoán cạnh tranh, vai trò của biến, các định luật chi phối, phần thiết lập và các gợi ý phân tích, mở rộng vẫn hiển thị theo thứ tự này.

Câu hỏi lái xe

Một động cơ Carnot mang khí qua 4 chân (dãn nở đẳng nhiệt, giãn nở đoạn nhiệt, nén đẳng nhiệt, nén đoạn nhiệt) trở về trạng thái ban đầu. Nội năng của khí có thay đổi trong một chu kỳ không?

Dự đoán cân nặng

• Nội năng tăng dần trong chu trình vì khí thực hiện công dương.
• Năng lượng bên trong trở về giá trị ban đầu - thay đổi ròng bằng không trong một chu trình khép kín.
• Năng lượng bên trong giảm dần trong chu kỳ.

Vai trò thay đổi

Những gì bạn đặt:

• Số chân

Những gì bạn đo lường:

• Khối lượng mục tiêu của chân V (L)
• Công việc do khí thực hiện ở chân này (J)

Cuộc điều tra diễn ra như thế nào

1. Mở cài đặt trước chu trình carnot và nhấn Reset. 1 mol argon (f = 3) luân chuyển giữa bình nóng 600 K và bình chứa lạnh 300 K.
2. Bật tính năng đọc công việc trên mỗi chân.
3. Đối với mỗi chặng của chu kỳ (1 đến 4), hãy đọc thể tích mục tiêu của chân và công do khí thực hiện trong chặng đó.

phương trình điều khiển

Hiệu quả của Carnot — η_c = 1 − Tc / Th

Hiệu suất tối đa có thể có của bất kỳ động cơ nhiệt nào hoạt động giữa nguồn nóng Th và nguồn lạnh Tc chỉ phụ thuộc vào tỷ số nhiệt độ của chúng: η_c = 1 − Tc/Th.

Bảng tính có thể in được yêu cầu học sinh làm gì

• Cộng giá trị công của chân 4 của bạn. So sánh tổng với nR(Th − Tc)·ln(2) (xấp xỉ, đối với tỷ lệ thể tích của chu trình này) và so sánh hiệu suất của chu trình η = W_net/Qin với giá trị Carnot η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300 /600 = 0.5 .
• Hai chân có công dương (giãn nở) và hai chân có công âm (nén). Giải thích tại sao công *net* trong toàn bộ chu trình vẫn dương, khiến đây trở thành một động cơ nhiệt chứ không phải một vòng lặp không làm gì cả.

Nơi điều này xuất hiện bên ngoài phòng thí nghiệm

• Không có động cơ thực sự nào hoạt động giữa hai nhiệt độ hồ chứa giống nhau có thể đánh bại được hiệu suất Carnot. Giải thích, bằng cách sử dụng η_c = 1 − Tc/Th, tại sao một động cơ chỉ có thể đạt hiệu suất 100% nếu Tc = 0 K — không thể đạt được về mặt vật lý.
• Chu trình Carnot được xây dựng hoàn toàn từ các bước thuận nghịch (đẳng nhiệt và đoạn nhiệt, cả hai đều được lý tưởng hóa là cực kỳ chậm). Giải thích tại sao một động cơ thực, chắc chắn có ma sát và truyền nhiệt ở tốc độ hữu hạn, không bao giờ có thể đạt được hiệu suất lý tưởng này.

• 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. Chào mừng đến chu trình Carnot
2. Chọn buồng khí
3. Nhấn Phát
4. Hiệu suất cực đại
5. Mở Trình kiểm tra
6. Hoàn thành!

Mở mô phỏng tương tác để xây dựng hoạt cảnh, nhấn Chạy và khám phá với các phép đo trực tiếp và bài hướng dẫn.

Mở phòng thí nghiệm tương tác →

Tải tài liệu thí nghiệm →

Động Cơ Nhiệt & Hiệu Suất Carnot