Nhiệt động lực học

Chu trình Stirling

Hai quá trình đẳng nhiệt + hai quá trình đẳng tích (không mô hình hóa bộ tái sinh).

Chu trình Stirling — mô phỏng Nhiệt động lực học tương tác. Hai quá trình đẳng nhiệt + hai quá trình đẳng tích (không mô hình hóa bộ tái sinh). Phòng thí nghiệm vật lý ảo miễn phí trên trình duyệt với phép đo SI trực tiếp và hướng dẫn từng bước.

Chu trình Stirling

Hai đẳng nhiệt + hai đẳng tích (không mô hình hóa bộ tái sinh).

Chu trình Stirling dùng bộ tái sinh để lưu trữ nhiệt trong bước thể tích không đổi và trả lại sau đó, tiếp cận hiệu suất giống Carnot trong thiết kế lý tưởng. Động cơ Stirling thực đánh đổi độ phức tạp lấy hoạt động êm hơn và nguồn nhiệt linh hoạt.

• Hai đẳng nhiệt + hai đẳng tích (không mô hình hóa bộ tái sinh)
• η_Carnot ở giới hạn lý tưởng

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 Stirling sử dụng 2 chặng đẳng nhiệt và 2 chặng đẳng tích, không có chặng đoạn nhiệt nào cả.

Dự đoán cân nặng

• Có — nếu không có thiết bị tái sinh, hiệu suất thô của chu trình này sẽ thấp hơn giới hạn Carnot đối với cùng hai nhiệt độ hồ chứa.
• Hiệu suất chính xác bằng giới hạn Carnot bất kể tái sinh.
• Hiệu suất vượt quá giới hạn Carnot.

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 chu trình Stirling và nhấn Reset. 1 mol argon dao động giữa 600 K và 300 K chỉ sử dụng các chặng đẳng nhiệt và đẳng tích.
2. Bật tính năng đọc công việc trên mỗi chân và đọc hiệu suất chu trình.
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

Carnot bị ràng buộc về hiệu quả chu kỳ — η_c = 1 − Tc / Th

Không có chu trình nào hoạt động giữa nhiệt độ Tc và Th — kể cả Stirling — có thể vượt quá hiệu suất Carnot η_c = 1 − Tc/Th. Một chu trình Stirling thực (không được tái sinh) không đạt đến giới hạn này vì nó thải ra nhiệt chưa thu hồi trong quá trình làm mát đẳng tích của nó.

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

• Xác nhận các chặng 2 và 4 (đẳng tích) hiển thị W = 0. Tính tổng công của cả 4 chặng để được công chu trình ròng...
• Hiệu suất thô của chu trình này (không có bộ tái tạo lý tưởng phục hồi nhiệt của các chân đẳng tích) vẫn ở mức dưới 0,5. Giải thích, sử dụng định luật thứ nhất, tại sao nhiệt toả ra trong quá trình làm mát đẳng tích biểu thị năng lượng mà động cơ đơn giản không phục hồi được.

Nơi điều này xuất hiện bên ngoài phòng thí nghiệm

• Động cơ Stirling thực sự sử dụng bộ tái sinh - một lưới lưu trữ nhiệt thoát ra trong quá trình làm mát đẳng tích và trả lại nhiệt đó trong quá trình gia nhiệt đẳng tích. Giải thích tại sao một máy tái sinh hoàn hảo sẽ cho chu trình này đạt tới hiệu suất Carnot ngay cả khi không có chân đoạn nhiệt.
• Động cơ Stirling được đánh giá cao khi chạy bằng bất kỳ nguồn nhiệt bên ngoài nào (mặt trời, nhiệt thải, thậm chí chênh lệch nhiệt độ trong không gian) thay vì yêu cầu đốt trong. Tại sao động cơ chu trình kín có hệ thống sưởi bên ngoài lại hấp dẫn đối với những ứng dụng đó?

• 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 Stirling
2. Chọn buồng khí
3. Nhấn Phát
4. Chu trình tái sinh
5. Mở bảng Thuộc tính
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