Physics
Тепловые машины
Газовый поршень гоняет циклы Карно, Отто и Стирлинга на живой pV-диаграмме: работа за цикл, КПД против предела Карно и холодильник на обратном ходу.
Что происходит
Здесь ничего не нарисовано - цикл зарабатывается. Четыреста молекул молотят по поршню: каждый удар записан как работа и давление, каждый контакт со стенкой - как тепло, и петля pV собирает себя из этих микроимпульсов прямо между рельсами аналитических изотерм. Изолированные ходы едут по PV^(5/3) = const (γ = 5/3) с ΔU = −W до последней цифры, площадь петли сходится с собранной работой, а измеренный КПД медленного цикла Карно прижимается к 1 − Tc/Th снизу - молекулярный хаос сам следит за вторым началом. Переключитесь на Отто или Стирлинга, посмотрите, как перекашивается прямоугольник T-S, или поставьте галочку - и та же машина закрутится холодильником, качающим тепло в гору.
Уравнения модуля
Уравнения W = ∫ p dV вокруг закрытого термодинамического цикла (площадь, охватываемая кривой pV) η = W / Q_in, η_Carnot = 1 − T_c / T_h p V = n R T, p V^γ = const (адиабата) Трение: W_shaft = W_gas − F·∫|dL|; η_shaft = W_shaft / Q_h. Контур pV описывает работу газа и не меняется; потери уменьшают работу на валу Масштаб: p ≈ N T / V = 100…400, W_Carnot = N (T_h − T_c) ln 2 = 111; путь поршня ≈ 6.6 за цикл: при F = 8 трение поглощает половину работы
