Поделиться
Урок 48-54 Основы термодинамики.ppt
Основы термодинамики
Цели урока:
Сформировать основные понятия термодинамики
Сформулировать первый закон термодинамики
Рассмотреть принцип действия тепловых двигателей и их КПД
Выявить отрицательное воздействие тепловых двигателей на окружающую среду и наметить пути решения этой проблемы
Содержание
Внутренняя энергия
Работа в термодинамике
Количество теплоты
Первый закон термодинамики
Принцип действия тепловых двигателей. КПД
_________
Термодинамика – теория тепловых процессов, в которой не учитывается молекулярное строение тел.
Внутренняя энергия
Определение:
Внутренняя энергия тела – это сумма кинетической энергии хаотического теплового движения частиц (атомов и молекул) тела и потенциальной энергии их взаимодействия
Обозначение:
U
Единицы измерения:
[Дж]
Внутренняя энергия идеального одноатомного газа
число молекул
кинетическая энергия одной молекулы
(NAk = R)
Внутренняя энергия идеального одноатомного газа
Внутренняя энергия идеального двухатомного газа
Так как
- уравнение Клапейрона – Менделеева,
то внутренняя энергия:
- для одноатомного газа
- для двухатомного газа.
В общем виде:
где i – число степеней свободы молекул газа (i = 3 для одноатомного газа и i = 5 для двухатомного газа)
Изменение внутренней энергии тела ΔU
Совершение работы А
Теплообмен Q
теплопроводность
конвекция
излучение
Работа в термодинамике
Работа газа:
Работа газа при изопроцессах
При изохорном процессе (V=const):
ΔV = 0 работа газом не совершается:
P
V
Изохорное нагревание
При изобарном процессе (Р=const):
P
V
V1
V2
P
Изобарное расширение
1
2
При изотермическом процессе (Т=const):
P
V
Изотермическое расширение
Р2
1
2
V1
V2
Геометрическое истолкование работы:
Работа, совершаемая газом в процессе его расширения (или сжатия) при любом термодинамическом процессе, численно равна площади под кривой, изображающей изменение состояния газа на диаграмме (р,V).
P
V
V1
V2
P
P
V
Р2
1
2
V1
V2
S
S
Р1
Количество теплоты – часть внутренней энергии, которую тело получает или теряет при теплопередаче
Процесс | формула | |
Нагревание или охлаждение | С – удельная теплоёмкость вещества [ Дж/кг 0К], m – масса [кг], ΔT – изменение температуры [ 0K]. | |
Кипение или конденсация | r – удельная теплота парообразования [ Дж/кг ] | |
Плавление или кристаллизация | λ- удельная теплота плавления вещества [ Дж/кг ] | |
Сгорание топлива | q – удельная теплота сгорания топлива [ Дж/кг ] | |
Первый закон термодинамики
Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе
Количество теплоты, переданное системе, идёт на изменение её внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами
Применение первого закона термодинамики к различным процессам
Процесс | Постоянный параметр | Первый закон термодинамики |
Изохорный | V = const | ΔU = Q |
Изотермический | Т = const | Q = A' |
Изобарный | Р = const | Q = ΔU + A' |
Адиабатный | Q = const | ΔU = -A' |
Тепловые двигатели –
устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую.
Виды тепловых двигателей
Принцип действия тепловых двигателей
Т1 – температура нагревателя
Т2 – температура холодильника
Q1 – количество теплоты, полученное от нагревателя
Q2 – количество теплоты, отданное холодильнику
Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя –
отношение работы А’, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:
где
работа, совершаемая
двигателем
тогда
КПД всегда меньше единицы, так как у всех двигателей некоторое количество теплоты
передаётся холодильнику
При
двигатель не может работать
Максимальное значение КПД
тепловых двигателей (цикл Карно):
Отрицательные последствия использования тепловых двигателей:
Потепление климата
Загрязнение атмосферы
Уменьшение кислорода в атмосфере
Решение проблемы:
Вместо горючего использовать сжиженный газ.
Бензин заменить водородом.
Электромобили.
Дизели.
На тепловых электростанциях использовать скрубберы, в которых сера связывается с известью.
Сжигание угля в кипящем слое.
Двигатель | КПД, % |
Паровая | 1 |
Паровоз | 8 |
Карбюрато- | 20 - 30 |
Газовая | 36 |
Паровая | 35 - 46 |
Ракетный двигатель на | 47 |
КПД тепловых двигателей
Литература
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.,Сотский Н.Н. Физика 10 класс. – М.: Просвещение, 2007. – 365 с.
Касьянов В.А. Физика 10 класс. – М.: Дрофа, 2006. – 410 с.
Волков В.А. Поурочные разработки по физике. 10 класс. – М: Вако, 2006. – 400 с.
Касаткина И.Л., Ларцева Н.А., Шкиль Т.В. Репетитор по физике. В 2-х томах. Том 1. – Ростов-на-Дону: Феникс, 1995. – 863 с.
www: fiz.1september.ru
Материалы на данной страницы взяты из открытых источников либо размещены пользователем в соответствии с договором-офертой сайта. Вы можете сообщить о нарушении.
