การทดลองเสมือนจริงเรื่องวัฏจักรคาร์โนต์

     

 

วัฏจักรคาร์โนต์

     ภายในห้องทดลองนี้  เรากำหนดค่าเริ่มต้น  TH (อุณหภูมิสูง)  =   500 K   และ   TL (อุณหภูมิต่ำ)  =  300 K   ให้คุณกดปุ่ม  RUN   และสังเกต จุดสีแดง     ขณะที่กำลังวิ่งไปบนเส้นสีแดง  ซึ่งเป็นกระบวนการแบบอุณหภูมิคงที่   เมื่อวิ่งสุดเส้นสีแดง ให้กดปุ่ม  Pause   เพื่อหยุดกระบวนการ  ในช่วงการเปลี่ยนแปลงที่เป็นสีแดง  TH  =  คงที่   Q >  0  แสดงว่ามีปริมาณความร้อนไหลเข้าสู่ระบบ   ก๊าซจะขยายตัวเพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่   อย่างไรก็ตาม กระบวนการอุณหภูมิคงที่นี้    ความดันจะลดลง   งานจะเพิ่มขึ้น  W  >  0   โดยที่   การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน  U  = 0   

     ต่อไปให้กดปุ่ม Run  จุดสีแดง จะเริ่มต้นกระบวนการต่อ  ซึ่งเป็นกระบวนการความร้อนคงที่  ตามเส้นสีดำ   Q  =  0   ปริมาตรจะเพิ่มขึ้น   ส่วนความดัน  และอุณหภูมิจะลดลง  จาก  TH  เป็น  TL  เนื่องจากอุณหภูมิลดลง  ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน  U   <  0    ที่จุดล่างสุด  เป็นจุดสิ้นสุดการขยายตัว  ก๊าซจะทำงานได้มากที่สุด   โดยมีพลังงานภายในลดลง

    จุดสีแดง เริ่มเข้าสู่เส้นสีน้ำเงิน  ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของกระบวนการอัดด้วยอุณหภูมิคงที่  เนื่องจากอุณหภูมิไม่มีการเปลี่ยนแปลง  พลังงานภายในจึงคงที่  ส่วนปริมาณความร้อนจะมีการไหลออก  ( Q  <  0 )  และงานที่ได้เป็นลบ  W < 0    ต่อไปจุดสีแดงจะเคลื่อนที่ต่อไปตามเส้นสีดำ  เริ่มเข้าสู่เข้าสู่กระบวนการอัดด้วยความร้อนคงที่  Q  = 0   ไปสิ้นสุดที่จุดเริ่มต้น  

     สังเกตดูว่า กราฟระหว่าง  P   กับ  V   ช่วงการขยายตัวของก๊าซ  มีพื้นที่ใต้กราฟมากกว่า ช่วงการอัดตัวของก๊าซ  ดังนั้นงานสุทธิ จึงมีค่าเป็นบวก  

ให้  QH   เป็นปริมาณความร้อนที่ไหลเข้าไปในระบบในช่วงขยายตัวของก๊าซ       ดังนั้นประสิทธิภาพของระบบหาได้จาก

ปริมาณความร้อนสุทธิหาได้จาก   Q   =   QH  -   QL    =   Qin -   Qout   

QL   =   ปริมาณความร้อนที่ไหลออกจากระบบช่วงการอัดตัว    เพราะกระบวนการเป็นวัฎจักร  เมื่อกลับเข้าสู่จุดเริ่มต้น    U  =  0     ดังนั้น   W   =   Q

สรุปได้ว่า ปริมาณความร้อนสุทธิจะเปลี่ยนไปเป็นงาน

วัฏจักรคาร์โนต์ เป็นวัฏจักรที่มีประสิทธิภาพสูงสุด   ให้ทดลองคำนวณหาค่า  ประสิทธิภาพ  e    ในการทดลองว่าสูงสุดจริงหรือไม่

ตารางบันทึกผลการทดลอง

กำหนดค่าเริ่มต้น   T1  =  530 K     และ   T2  =  290  K   บันทึกค่าลงในตารางผลการทดลอง

จุด P  (kPa) V ( x 10-3  m3) T (K)
a      
b      
c      
d      

คำถาม

1.   ถ้า  T1  =   600 K  และ ประสิทธิภาพของเครื่องจักรคาร์โนต์   e  =  0.55   จงคำนวณหาอุณหภูมิ  T2   หน่วยเป็นองศาเคลวิน  

2.  จากข้อ  1    ความดัน P   และ  ปริมาตร  V   ที่จุด    b   เป็นเท่าไร

ทฤษฏีของวัฎจักรคาร์โนต์

 ฟิสิกส์  ภาค กลศาสตร์ของไหล  ความร้อน และคลื่น  ของ จรัส บุณยธรรมา

 

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

เรื่องการทดลองเสมือนจริง