Nhiệt động lực học

Chu trình Otto

Chu trình động cơ xăng: hai quá trình đoạn nhiệt + hai quá trình đẳng tích.

Chu trình Otto — mô phỏng Nhiệt động lực học tương tác. Chu trình động cơ xăng: hai quá trình đoạn nhiệt + hai quá trình đẳng tích. Phòng thí nghiệm vật lý ảo miễn phí trên trình duyệt với phép đo SI trực tiếp và hướng dẫn từng bước.

Chu trình Otto

Chu trình động cơ xăng: hai đoạn nhiệt + hai đẳng tích.

Chu trình Otto mô hình hóa động cơ đánh lửa bằng tia lửa: đốt cháy nhanh ở thể tích gần như không đổi làm tăng áp suất, tiếp theo là giãn nở đoạn nhiệt sinh công, sau đó xả ở thể tích không đổi. Nó kém hiệu quả hơn Carnot ở cùng cực trị nhiệt độ vì nhiệt được thêm vào ở nhiệt độ thay đổi.

• η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
• Động cơ xăng

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

Chu trình Otto (nén đoạn nhiệt, đốt nóng đẳng tích, giãn nở đoạn nhiệt, làm mát đẳng tích) mô hình động cơ xăng. Không giống như chu trình Carnot, hai chân của nó có thể tích không đổi thay vì nhiệt độ không đổi. Trong những chặng có thể tích không đổi đó, khí có thực hiện công không?

Dự đoán cân nặng

• Công việc vẫn được thực hiện vì áp suất thay đổi ở những chân đó.
• Các chân có thể tích không đổi thực hiện công âm.
• Không có công nào được thực hiện trong các chặng có thể tích không đổi, vì W = PΔV và ΔV = 0.

Vai trò thay đổi

Những gì bạn đặt:

• Số chân

Những gì bạn đo lường:

• Khối lượng mục tiêu của chân V (m³)
• Công việc do khí thực hiện ở chân này (J)

Cuộc điều tra diễn ra như thế nào

1. Mở cài đặt trước otto-cycle và nhấn Reset. 1 mol nitơ (f = 5 ) nén từ 0.04 m³ thành 0.01 m³, sau đó nung nóng ở thể tích không đổi thành 900 K.
2. Kích hoạt tính năng đo nhiệt độ và 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 suất chu trình Otto — η = W / Qin

Đối với chu trình Otto lý tưởng hóa, hiệu suất chỉ phụ thuộc vào tỷ số nén r = V₁/V₂ và tỷ lệ công suất nhiệt của khí γ: η = 1 − 1/r^(γ−1). Tỷ số nén cao hơn mang lại hiệu quả cao hơn.

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

• Xác nhận các chân 2 và 4 (các chân đẳng tích) hiển thị W = 0 trong bảng của bạn, trong khi các chân 1 và 3 (đoạn nhiệt) hiển thị hoạt động khác 0. Tính tỷ số nén r = V₁/V₂ = 4 và hiệu suất chu trình η = 1 − 1 /r^(γ−1) sử dụng γ = 1.4 .
• Công thực của chu trình này là dương mặc dù một nửa số chân của nó không sinh công. Giải thích tại sao chỉ riêng hai chân đoạn nhiệt có thể tạo ra công thực dương.

Nơi điều này xuất hiện bên ngoài phòng thí nghiệm

• Động cơ xăng thực sự bị giới hạn ở tỷ số nén khoảng 10-12 (tỷ số nén cao hơn gây ra hiện tượng đánh lửa/gõ trước). Sử dụng η = 1 − 1/r^(γ−1), giải thích lý do tại sao các nhà thiết kế động cơ lại thúc đẩy tỷ số nén cao hơn khi có thể.
• Động cơ Diesel sử dụng một chu trình khác (gia nhiệt đẳng áp thay vì đẳng tích) nhưng có ý tưởng nén đoạn nhiệt tương tự. Cả hai đều dựa vào các chân đoạn nhiệt để chuyển công nén thành nhiệt độ cao hơn. Tại sao việc giảm thiểu tổn thất nhiệt trong quá trình nén lại quan trọng đối với cả hai thiết kế?

• 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 Otto
2. Chọn buồng khí
3. Nhấn Phát
4. Chu trình động cơ xăng
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