Động cơ nhiệt Carnot

Động cơ nhiệt Carnot tái hiện sinh động nhiệt động lực học cổ điển bằng cách kết hợp cụm pít-tông - xi-lanh - bánh đà 3D chuyển động với giản đồ Áp suất-Thể tích (P-V) 3D đồng bộ. Học sinh có thể kéo đầu pít-tông để tua qua chu trình hoặc nhấp vào bất kỳ trạng thái nào trong bốn đỉnh: Giãn nở đẳng nhiệt tiếp xúc với nguồn nóng T_H, Giãn nở đoạn nhiệt xuống T_C, Nén đẳng nhiệt tiếp xúc với nguồn lạnh T_C và Nén đoạn nhiệt trở lại T_H. Các phân tử khí chuyển động nhanh chậm theo nhiệt độ trong khi các chỉ số trực tiếp hiển thị hiệu suất Carnot eta = 1 - T_C / T_H, nhiệt độ khí, áp suất và công có ích mỗi chu trình.

• Nhấp vào từng đỉnh trong bốn nút góc trên chu trình P-V để đi qua các quá trình Giãn nở đẳng nhiệt, Giãn nở đoạn nhiệt, Nén đẳng nhiệt và Nén đoạn nhiệt.
• Tăng nhiệt độ Nguồn nóng T_H từ 500 K lên 900 K trong khi giữ T_C ở 300 K, và quan sát diện tích khép kín của chu trình P-V cùng hiệu suất Carnot eta tăng lên.
• Giảm nhiệt độ Nguồn lạnh T_C từ 400 K xuống 200 K và kiểm chứng rằng làm lạnh nguồn thoát nhiệt giúp tăng hiệu suất còn hiệu quả hơn cả việc tăng T_H cùng một độ lớn.
• Dùng tay kéo đầu pít-tông lên xuống và quan sát cầu dẫn nhiệt bên dưới xi-lanh chuyển đổi giữa T_H, cách nhiệt và T_C.
• Tăng Tỷ số giãn nở đẳng nhiệt và nhận xét rằng Công có ích mỗi chu trình tăng lên trong khi phần trăm hiệu suất Carnot lý thuyết vẫn không đổi.

1. 1Xác định bốn quá trình thuận nghịch tạo nên chu trình động cơ nhiệt Carnot trên giản đồ P-V.
2. 2Tính hiệu suất lý thuyết cực đại của bất kỳ động cơ nhiệt nào bằng công thức eta = 1 - T_C / T_H.
3. 3Phân biệt giữa các kỳ đẳng nhiệt (nhiệt độ không đổi, có trao đổi nhiệt) và các kỳ đoạn nhiệt (cách nhiệt, nhiệt độ thay đổi thông qua thực hiện công).
4. 4Giải thích vì sao diện tích giới hạn bên trong đường cong khép kín P-V biểu thị công cơ học có ích sinh ra trong mỗi chu trình.

Câu hỏi giáo viên thường đặt ra