Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki
Oceń projekt

Film samouczek

Cykl Carnota

Obejrzyj zamieszczony poniżej film samouczek, na którym pokazujemy, w jaki sposób wyznacza się sprawność silnika Carnota, mającego największą sprawność spośród wszystkich możliwych silników cieplnych.

Podczas oglądania filmu zwróć uwagę na to, że wszystkie obliczenia są prowadzone z punktu widzenia rozważanego układu termodynamicznego, czyli silnika, a ściślej z punktu jego czynnika roboczego, jakim jest gaz doskonały. W związku z tym w pojawiających się na filmie równaniach bilansu cieplnego praca jest dodatnia (), jeśli jest wykonana przez siły zewnętrzne nad układem, a ujemna (), jeśli to układ wykonuje pracę kosztem swojej energii wewnętrznej. Podobnie jest z ciepłem: jeśli jest dostarczone do gazu z otoczenia, jest dodatnie (), ponieważ zwiększa energię wewnętrzną gazu, a ujemne, gdy układ oddaje ciepło otoczeniu (), bo wtedy jego energia wewnętrzna maleje.

Po obejrzeniu filmu wykonaj polecenia, które pomogą Ci w utrwaleniu zdobytych informacji.

R2gazvB1aoR0k
Wysłuchaj ścieżki lektorskiej.
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
Polecenie 1
RFiOptdRa2cNG
Wszystkie poniższe rysunki a)-d) przedstawiają cykl Carnota. Na kolejnych rysunkach zaznacz procesy, w których: a) gaz wykonuje pracę rozprężania, b) gaz pobiera ciepło z otoczenia, c) gaz oddaje ciepło do otoczenia, d) gaz jest izolowany cieplnie od otoczenia. Wykres na osi poziomej ma odłożoną objętość V, a na osi pionowej ciśnienie p. Wykres cyklu Carnota składa się z czterech fragmentów hiperbol. Po lewej stronie u góry jest punkt duże A. Od punktu A biegnie w dół i w prawo wygięta linia, będąca fragmentem hiperboli. Strzałka na linii pokazuje kierunek przemiany izotermicznej w dół i w prawo. Linia ta kończy się w punkcie duże B. Przy linii znajduje się równość: temperatura duże T z indeksem dolnym 1 równa się konstans. W punkcie B zaczyna się drugi fragment hiperboli bardziej stromej od pierwszej. Wygięta linia biegnie w dół i w prawo, kończąc się w punkcie duże C. Strzałka skierowana w dół i w prawo pokazuje kierunek przemiany adiabatycznej. Przy linii znajduje się równość: ciepło duże Q równa się zero. Od punktu C fragment hiperboli biegnie w lewo i w górę do punktu D. który znajduje się pod punktem B, nieco na lewo od niego. Strzałka skierowana w górę i w lewo pokazuje kierunek przemiany izotermicznej. Przy linii znajduje się równość: temperatura duże T z indeksem dolnym 2 równa się konstans. Od punktu D do punktu A fragment hiperboli biegnie stromo w lewo i w górę. Strzałka skierowana w górę i w lewo pokazuje kierunek przemiany adiabatycznej. Przy linii znajduje się równość: ciepło duże Q równa się zero.

Wszystkie poniższe rysunki a)-d) przedstawiają cykl Carnota. Na kolejnych rysunkach zaznacz procesy, w których: a) gaz wykonuje pracę rozprężania, b) gaz pobiera ciepło z otoczenia, c) gaz oddaje ciepło do otoczenia, d) gaz jest izolowany cieplnie od otoczenia.

□
□
□
□
□
□
□
□
□
□
□
□
□
□
□
□
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
Polecenie 1
RVtaSmQFpT33K
Wykres cyklu Carnota składa się z czterech fragmentów hiperbol w układzie współrzędnych pV. Przemiana AB. Po lewej stronie u góry jest punkt duże A. Od punktu A biegnie w dół i w prawo wygięta linia, będąca fragmentem hiperboli. Strzałka na linii pokazuje kierunek przemiany w dół i w prawo. Linia ta kończy się w punkcie duże B. Przy linii znajduje się równość: temperatura duże T z indeksem dolnym 1 równa się konstans. Przemiana BC. W punkcie B zaczyna się drugi fragment hiperboli bardziej stromej od pierwszej. Wygięta linia biegnie w dół i w prawo, kończąc się w punkcie duże C. Strzałka skierowana w dół i w prawo pokazuje kierunek przemiany. Przy linii znajduje się równość: ciepło duże Q równa się zero. Przemiana CD. Od punktu C fragment hiperboli biegnie w lewo i w górę do punktu duże D. który znajduje się pod punktem B, nieco na lewo od niego. Strzałka skierowana w górę i w lewo pokazuje kierunek przemiany. Przy linii znajduje się równość: temperatura duże T z indeksem dolnym 2 równa się konstans. Przemiana DA. Od punktu D do punktu A fragment hiperboli biegnie stromo w lewo i w górę. Strzałka skierowana w górę i w lewo pokazuje kierunek przemiany. Przy linii znajduje się równość: ciepło duże Q równa się zero. Uzupełnij zdania: Gaz wykonuje pracę rozprężania w procesach AB / BC / CD / D.
Gaz pobiera ciepło z otoczenia w procesach AB / BC / CD / DA.
Gaz oddaje ciepło do otoczenia w procesach AB / BC / CD / DA.
Gaz jest izolowany cieplnie od otoczenia w procesach AB / BC / CD / DA.
1
Polecenie 2

W dowolnym cyklu termodynamicznym praca „netto” jest równa polu powierzchni zawartej wewnątrz wykresu tego cyklu, przedstawionego we współrzędnych . Przyjrzyj się wykresowi cyklu Carnota (zob. rys.) i odpowiedz, w jaki sposób należałoby zmieniać parametry tego cyklu, by zwiększała się uzyskana w nim praca.

RwaDWc8X1k1ja
Na rysunku są cztery naczynia w kształcie pionowo ustawionego cylindra. W każdym naczyniu jest ruchomy tłok. Pod tłokiem znajduje się gaz. Nad pierwszym naczyniem jest napis A myślnik B, izotermiczne rozprężenie. Pod naczyniem jest czerwony klocek. Na klocku jest napis: grzejnik o temperaturze duże T z indeksem dolnym 1. Tłok znajduje się nisko. Jego położenie to około jednej czwartej wysokości naczynia. Do tłoka przyłożona jest strzałka skierowana do góry, pokazująca kierunek ruchu tłoka. Nad drugim naczyniem jest napis B myślnik C, adiabatyczne rozprężenie. Pod naczyniem jest drewniany klocek z napisem: izolacja cieplna. Tłok znajduje się wyżej niż poprzednio. Jego położenie to około jednej druga wysokości naczynia. Do tłoka przyłożona jest strzałka skierowana do góry, pokazująca kierunek ruchu tłoka. Nad trzecim naczyniem jest napis C myślnik D, izotermiczne sprężenie. Pod naczyniem jest niebieski klocek. Na klocku jest napis: chłodnica o temperaturze duże T z indeksem dolnym 2. Do tłoka przyłożona jest strzałka skierowana w dół, pokazująca kierunek ruchu tłoka. Nad czwartym naczyniem jest napis D myślnik A, adiabatyczne sprężenie. Pod naczyniem jest drewniany klocek z napisem: izolacja cieplna. Tłok znajduje się niżej niż poprzednio. Do tłoka przyłożona jest strzałka skierowana w dół, pokazująca kierunek ruchu tłoka.
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
uzupełnij treść
1
Polecenie 2
RdrUBWAwrdVje
W dowolnym cyklu termodynamicznym praca „netto” jest równa polu powierzchni zawartej wewnątrz wykresu tego cyklu, przedstawionego we współrzędnych (p,V). Wyobraź sobie, jak wygląda wykres cyklu Carnota i odpowiedz, w jaki sposób należałoby zmieniać parametry tego cyklu, by zwiększała się uzyskana w nim praca?
uzupełnij treść
Przeczytaj
Sprawdź się