Nhiệt động lực học

Tủ lạnh (chu trình Carnot ngược)

Chạy ngược chiều: công đưa vào bơm nhiệt từ lạnh→nóng (COP = Tc/(Th−Tc)).

Tủ lạnh (chu trình Carnot ngược) — mô phỏng Nhiệt động lực học tương tác. Chạy ngược chiều: công đưa vào bơm nhiệt từ lạnh→nóng (COP = Tc/(Th−Tc)). Phòng thí nghiệm vật lý ảo miễn phí trên trình duyệt với phép đo SI trực tiếp và hướng dẫn từng bước.

COP của tủ lạnh

Hoạt động ngược lại: công bơm nhiệt từ lạnh sang nóng (COP = Tc/(Th−Tc)).

Một tủ lạnh là một động cơ nhiệt chạy ngược: công điện đẩy nhiệt từ bên trong lạnh ra căn phòng ấm. Hệ số hiệu suất COP = Q_c/W có thể vượt quá 1 vì nhiệt được bơm lớn hơn công cung cấp — khác với hiệu suất, luôn ≤ 1.

• COP = T_c/(T_h−T_c)
• Đầu vào công việc

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

Chạy ngược chu trình Carnot sẽ biến động cơ thành một chiếc tủ lạnh - công thực đi vào thay vì thoát ra. Khí gas có còn hấp thụ nhiệt từ ngăn chứa lạnh giống như một chiếc tủ lạnh thực sự hút nhiệt ra khỏi bên trong không?

Dự đoán cân nặng

• Không - đảo ngược chu trình cũng đảo ngược hồ chứa nào hấp thụ nhiệt.
• Một chu trình đảo ngược không trao đổi nhiệt với một trong hai bể chứa.
• Có - chu trình đảo ngược sẽ hấp thụ nhiệt từ phía lạnh và truyền nhiều nhiệt hơn vào phía nóng, sử dụng công đầu vào để thực hiện điều đó.

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 sẵn của tủ lạnh carnot và nhấn Reset. 4 chân giống như xe carnot chạy theo thứ tự ngược lại.
2. Kích hoạt tính năng đọc công việc trên mỗi chân và tính năng đọc COP làm mát/sưởi ấm.
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

Hệ số hiệu suất tủ lạnh — COP = Tc / (Th − Tc)

Hiệu suất làm mát của chu trình Carnot đảo ngược được đo bằng COP_cool = Tc/(Th − Tc): lượng nhiệt được loại bỏ khỏi không gian lạnh trên một đơn vị công được cung cấp. Khoảng cách nhiệt độ nhỏ hơn cho COP tốt hơn (cao hơn).

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

• Tổng các giá trị công của các chân 4 của bạn - tổng (công thực do khí thực hiện) sẽ có kết quả âm, nghĩa là công thực phải được cung cấp cho khí. Tính toán làm mát COP = Tc/(Th − Tc) = 300 /(600−300) = 1.0 và sưởi ấm COP = Th/(Th − Tc) = 2.0 .
• So sánh thứ tự chân ở đây với thứ tự chân của carnot-cycle. Giải thích cách đơn giản là đảo ngược trình tự của 4 chân giống nhau sẽ chuyển chu trình từ động cơ (làm việc ròng) sang tủ lạnh (làm việc ròng).

Nơi điều này xuất hiện bên ngoài phòng thí nghiệm

• COP làm mát bằng 1,0 có nghĩa là tủ lạnh di chuyển 1 J nhiệt ra khỏi không gian lạnh cho mỗi 1 J công được cung cấp. COP sưởi ấm là 2,0 (chế độ bơm nhiệt) có nghĩa là nó cung cấp 2 J nhiệt cho không gian ấm áp trên 1 J công việc. Giải thích tại sao COP_heat luôn lớn hơn COP_cool đúng 1 đơn vị đối với cùng một hồ chứa.
• Không giống như hiệu suất động cơ (luôn 1), COP có thể vượt quá 1 — điều đó không vi phạm việc bảo toàn năng lượng. Giải thích tại sao có thể xảy ra COP > 1: năng lượng bổ sung được cung cấp đến từ nguồn năng lượng đang được làm mát chứ không phải được tạo ra từ hư không.

• 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 tủ lạnh Carnot
2. Chọn buồng khí
3. Nhấn Phát
4. COP của tủ lạnh
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