آزمایشگاه آزاد؛ بدون نیاز به ورود
یخچال و پمپ گرما؛ گرما کجا میره؟
چرا یک دستگاه میتونه با یک کیلوژول کار، چند کیلوژول گرما جابهجا کنه؟ دمای دو مخزن و حالت دستگاه رو انتخاب کن و ضریب عملکرد رو بخون.
آزمایش رو شروع کندمای درون و بیرون رو بر حسب کلوین تنظیم کن؛ دستگاه ایدهآله و کار ورودی همیشه یک کیلوژوله. برای خروجی گرما، کارت ژول رو بخون چون واحد شکل درست نیست.
آزمایشگاه در حال آماده شدنه…
حالا خودت امتحان کن
هر بار فقط یک چیز رو تغییر بده تا اثرش رو ببینی. قبل از اجرا، نتیجه رو حدس بزن.
یخچال یا پمپ گرما؟
دمای درون رو ۲۷۰ و بیرون رو ۳۰۰ کلوین بذار. یک بار حالت یخچال و یک بار پمپ گرما رو انتخاب کن؛ ضریب عملکرد رو مقایسه کن.
حدست چیه؟ برای همین دو دما، ضریب عملکرد پمپ گرما کمی بیشتره یا کمتر؟
توضیح نتیجه رو ببین
در خروجی عددی، ضریب عملکرد یخچال ۹ و پمپ گرما ۱۰ است. کارت انرژی بهترتیب ۹۰۰۰ و ۱۰۰۰۰ ژول میده؛ یعنی ۹ و ۱۰ کیلوژول گرمای جابهجاشده با یک کیلوژول کار. شکل همین عدد ژول رو اشتباهاً کیلوژول مینویسه، پس برای واحد به کارت عددی تکیه کن.
بیرون گرمتر، یخچال پُرکارتر؟
حالت رو یخچال و دمای درون رو ۲۷۰ کلوین نگه دار. دمای بیرون رو یک بار ۳۰۰ و یک بار ۳۱۰ کلوین بذار؛ ضریب عملکرد رو بخون.
حدست چیه؟ با بزرگتر شدن فاصلهٔ دمای درون و بیرون، ضریب عملکرد بالا میره یا پایین میآد؟
توضیح نتیجه رو ببین
با بیرون ۳۰۰ کلوین، شکل ضریب عملکرد ۹ رو نشون میده؛ با ۳۱۰ کلوین، حدود ۶٫۸. کارت نتیجه مقدار دوم رو به عدد صحیح گرد میکنه و ۷ مینویسه. اختلاف دما که بیشتر بشه، برای این مدل ضریب عملکرد یخچال پایینتر میآد.
دمای درون یخچال رو عوض کن
حالت یخچال و دمای بیرون رو روی ۳۰۰ کلوین نگه دار. دمای درون رو یک بار ۲۵۰ و یک بار ۲۸۰ کلوین بذار و ضریب عملکرد رو مقایسه کن.
حدست چیه؟ وقتی دمای سمت سرد به دمای بیرون نزدیکتر بشه، جابهجایی گرما با همان کار راحتتر میشه یا سختتر؟
توضیح نتیجه رو ببین
ضریب عملکرد از ۵ به ۱۴ میرسه و کارت انرژی از ۵۰۰۰ به ۱۴۰۰۰ ژول تغییر میکنه. اختلاف دما از ۵۰ به ۲۰ کلوین کم شده؛ در مدل کارنو، این کار ضریب عملکرد رو بالا میبره.
پشت این حرکت چه خبره؟
ضریب عملکرد یعنی گرما تقسیم بر کار
COP = Q_useful/W
برای یخچال، گرمای بیرونکشیدهشده از سمت سرد رو بر کار ورودی تقسیم میکنیم. برای پمپ گرما، صورت کسر گرمای رسیده به سمت گرم میشه. این نسبت میتونه از یک بزرگتر باشه، چون دستگاه گرما رو جابهجا میکنه و همهٔ اون رو از کار نمیسازه.
یخچال اختلاف دمای دو سمت رو حس میکنه
COP_ref = T_cold/(T_hot-T_cold)
در مدل کارنو، یخچال گرما رو از دمای سردتر میگیره و به سمت گرمتر پس میده. وقتی فاصلهٔ دو دمای مطلق کمتر باشه، با همان کار، گرمای بیشتری جابهجا میشه.
پمپ گرما از سمت گرم گرما میده
COP_pump = T_hot/(T_hot-T_cold)
در حالت پمپ گرما، ضریب عملکرد بر اساس گرمای رسیده به سمت گرم حساب میشه؛ برای یک جفت دما، این عدد در مدل یک واحد از ضریب یخچال بیشتره. اما دماهای کنترلشده همیشه داخل رو سردتر یا همدمای بیرون نگه میدارن، پس شکل جهت گرما رو برای پمپ گرما درست نشون نمیده.
کار ورودی در این مدل ثابته
W = 1000 J; Q = COP*W
هر بار محاسبه، یک کیلوژول کار وارد دستگاه میکنه. گرمای جابهجاشده از ضرب این کار در ضریب عملکرد به دست میآد و خروجی محاسبه بر حسب ژوله.
سؤالت رو بپرس، جوابش رو هم ببین
وقتی توی چت دربارهٔ یک مفهوم درس میخونی، دستیار هوش مصنوعی میتونه شبیهسازی مرتبط رو کنار توضیحش نشون بده. پارامترها رو تغییر میدی و با کمک توضیح بعدی، نتیجه رو بهتر میفهمی.
شروع یادگیری با چتبرای ادامه در چت، وارد مسیر شروع و ورود میشی. نتیجهٔ این آزمایش به چت منتقل نمیشه.
نمونهٔ نمایشی از آموزش در چت
چرا ضریب عملکرد یخچال میتونه از یک بیشتر باشه؟
ضریب عملکرد، گرمایی رو که دستگاه جابهجا میکنه بر کار ورودی تقسیم میکنه؛ نمیگه دستگاه همهٔ گرما رو از کار ساخته. مثلاً درون ۲۷۰ و بیرون ۳۰۰ کلوین، مدل برای یخچال ضریب ۹ میده: با یک کیلوژول کار، ۹۰۰۰ ژول گرما از سمت سرد جابهجا میشه.
سؤالهای رایج
ضریب عملکرد چه چیزی رو اندازه میگیره؟
نسبت گرمای مفید جابهجاشده به کار ورودی. یخچال از گرمای گرفتهشده از سمت سرد استفاده میکنه؛ پمپ گرما از گرمای تحویلشده به سمت گرم.
ضریب عملکرد بالاتر از یک قانون انرژی رو نقض میکنه؟
نه؛ دستگاه گرما رو از یک سمت به سمت دیگر میبره و کار هم برای همین جابهجایی صرف میشه. گرمای جابهجاشده فقط برابر انرژی کار نیست و میتونه بیشتر باشه.
چرا حالت پمپ گرما دمای درون رو گرمتر نشون نمیده؟
لغزندهٔ درون از ۲۵۰ تا ۲۸۰ و لغزندهٔ بیرون از ۲۸۰ تا ۳۲۰ کلوینه؛ پس درون نمیتونه گرمتر از بیرون بشه. محاسبهٔ پمپ گرما عدد ضریب رو میده، اما شکل جهت انتقال رو با این دماها درست نشون نمیده.
برای گرمای جابهجاشده ژول رو بخونم یا کیلوژول؟
کارت عددی خروجی ژول رو نشان میده؛ آن رو به کیلوژول تبدیل کن. شکل همان عدد رو اشتباهاً کیلوژول برچسب میزنه، پس واحد شکل رو درست فرض نکن.
اگر دمای دو سمت برابر باشه چی میشه؟
فرمول ضریب عملکرد اختلاف دو دما رو در مخرج میذاره. وقتی هر دو ۲۸۰ کلوین باشن، مخرج صفره و عددی برای ضریب عملکرد به دست نمیآد؛ از این حالت برای آزمایش استفاده نکن.