Урок 48-54 Основы термодинамики

Основы термодинамики

Основытермодинамики

Цели урока: Сформировать основные понятия 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

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

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 =

Внутренняя энергияидеального одноатомного газа
число молекул
кинетическая энергия одной молекулы
(NAk = R)

Внутренняя энергия идеального одноатомного газа

Внутренняя энергияидеального одноатомного газа

Внутренняя энергия идеального двухатомного газа

Внутренняя энергияидеального двухатомного газа

Так как - уравнение Клапейрона –

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)

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

Изменение внутренней энергии тела ΔU

Совершение работы А

над самим
телом телом
ΔU ΔU

Теплообмен Q

теплопроводность
конвекция
излучение

Работа в термодинамике Работа газа:

Работа в термодинамике

Работа газа:

Работа внешних сил:

Работа газа при изопроцессах При изохорном процессе (V=const): ΔV = 0 работа газом не совершается:

Работа газа при изопроцессах

При изохорном процессе (V=const):
ΔV = 0 работа газом не совершается:

P
V
Изохорное нагревание

При изобарном процессе (Р=const):

При изобарном процессе (Р=const):

P
V
V1
V2
P
Изобарное расширение

При изотермическом процессе (Т=const):

При изотермическом процессе (Т=const):
P
V
Изотермическое расширение
Р2
1
2
V1
V2

Геометрическое истолкование работы:

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

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

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

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

Тепловые двигатели –
устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую.

Виды тепловых двигателей

Принцип действия 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

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя –
отношение работы А’, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

КПД всегда меньше единицы, так как у всех двигателей некоторое количество теплоты передаётся холодильнику

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

Максимальное значение КПД
тепловых двигателей (цикл Карно):

Отрицательные последствия использования тепловых двигателей:

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 машина	1
Паровоз	8
Карбюрато- рный двигатель	*20 - 30*
Газовая турбина	36
Паровая турбина	*35 - 46*
Ракетный двигатель на жидком топливе	47

КПД тепловых двигателей

Литература Мякишев Г.Я., Буховцев

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 истончиков либо размещены пользователем в соответствии с договором-офертой сайта. Вы можете сообщить о нарушении.

12.06.2020