фізика / архив / 1атест / Тема 3 / Заняття 26

Заняття 12

Освоєння навичок рішення задач по темі «Основи термодинаміки»

Мета: перевірка і закріплення одержаних знань по темі; розвиток логіки і здатності використовування одержаних знань при рішенні задач

Ключові слова: внутрішня енергія, робота в механіці і термодинаміці, робота газу, закон перетворення та збереження енергії, Перший закон термодинаміки, адіабатний процес, рівняння теплового балансу

Теоретичні відомості

Внутрішня енергія макроскопічного тіла рівна сумі кінетичних енергій безладного руху всіх молекул (або атомів) тіла щодо центру маси тіла і потенційних енергій взаємодії всіх молекул один з одним (але не з молекулами інших тіл). або

_{реальн.газу}=

Робота в ТД визначається так як і в механіці, але дорівнює зміні не кінетичної енергії тіла, а зміні його внутрішній енергії.

І закон термодинаміки: Зміна внутрішньої енергії системи при переході з одного стану в інший дорівнює сумі роботи зовнішніх сил над системою та кількості теплоти, що передана системі:

Якщо розглядати роботу самої системи над зовнішніми тілами, то Перший закон термодинаміки дає (для ізопроцесів).

Тоді Перший закон термодинаміки читається: «Передана системі кількість теплоти витрачається на зміну її внутрішньої енергії та на виконання самою системою роботи над оточуючими тілами».

Адіабатний процес. – це процес, що відбувається у відсутність теплообміну Q= 0. При адіабатному процесі робота виконується за рахунок внутрішньої енергії.

При теплообміні ніякої роботи усередині системи не виконується, тоді згідно першому закону термодинаміки: U_i =Q_i. Тобто сумарна внутрішня енергія не змінюється

. Звідси випливає рівняння теплового балансу: , де Q_i- кількість теплоти, що отримано чи передано тілами усередині системи.

Приклади рішення задач

Приклад 1. Температура аргону, маса якого 20 г, підвищилась на 10 К. Чому дорівнює зміна його внутрішньої енергії?

Рішення. Зміна внутрішньої енергії газу визначається кінцевим та початковим

m = 20 г = =0,02 кг Т = 10 К	станом: U = U2-U1. Внутрішня енергія визначається температурою та . Тоді зміна енергії
U - ?	.

Обчислимо результат: .

Відповідь: внутрішня енергія підвищилась на 62,329 Дж.

Якісні задачі

1. Що має більшу енергію: кусок льоду при 0⁰С чи добута з нього вода також при 0⁰С

2. Чому сирі дрова шиплять, тріщать і горять гірше, ніж сухі

3. Чому ковзани добре ковзаються по льоду? Чому під час морозів процес ковзання погіршується?

4. Заточуючи на точилі зубило, доводиться кілька разів занурювати його у воду. Для чого це роблять? Які перетворення енергії тут відбуваються?

5. Який процес здійснився під час стискання ідеального газу, якщо кількість теплоти, що отримана газом в цьому процесі, дорівнює нулю? Нагрівається чи охолоджується газ при цьому?

6. Як змінюється внутрішня енергія ідеального газу під час адіабатного розширення? Що станеться з його температурою?

7. Як змінюється внутрішня енергія ідеального газу під час адіабатного стискання? Що станеться з його температурою?

Задачі для закріплення матеріалу

1. При розширені деякою маси ідеального газу об’єм збільшився на 25%, а тиск зменшився на 20%. Як змінилася внутрішня енергія газу?

2. Газ, що має тиск 1000 Па, ізобарно розширюється, змінюючи свій об’єм від 1 до 3 м³. Яку роботу він при цьому виконує?

3. Винахідник оголосив, що його машина дає змогу від 1 т вугілля одержувати 9^.10¹⁰ Дж енергії. Чи можна вірити цьому (q=2,7^.10⁷ Дж/кг)?

4. Газу передана кількість теплоти 100 Дж, і зовнішні сили виконали над ним роботу в 300 Дж. Чому дорівнює зміна внутрішньої енергії газу?

5. Визначити максимальне значення ККД, яке може мати теплова машина з температурою нагрівання 227^оС і температурою холодильника 27 ^оС.