Chu trình Carnot đảo ngược: Một chiếc tủ lạnh
1 · Dự đoán
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?
- 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.
2 · Thiết lập
- Mở cài đặt sẵn của tủ lạnh carnot và nhấn Reset. 4 chân giống như xe carnot chạy theo thứ tự ngược lại.
- Kích hoạt tính năng đọc công việc trên mỗi chân và tính năng đọc COP làm mát/sưởi ấm.
- 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.
3 · Thu thập dữ liệu
| Số chân | Khối lượng mục tiêu của chân V (L) | Công việc do khí thực hiện ở chân này (J) |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 |
Phác thảo sơ đồ P-V, vẽ các chân theo thứ tự. So sánh hướng chuyển động (theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ) với sơ đồ thí nghiệm chu trình carnot.
4 · Phân tích
- 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).
5 · Gia hạn
- 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.
Vật lý đằng sau thí nghiệm này
Hệ số hiệu suất tủ lạnh
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).