Занятие № 2.

 Основы термодинамики.

§ 22-30 учебника «Физика» для 10 класса.

 Что нужно знать по данной теме:

Понятия:

 Законы и формулы:

 Что нужно уметь по данной теме:

  1. решать задачи:

            на расчет количества теплоты для различных процессов:

                                                                        с учетом изменений агрегатных состояний вешества,

                                                                        с учетом теплоты, выделяемой при сгорании топлива,

                                                                        с учетом первого закона термодинамики,

            на расчет работы газа в изобарном процессе,

            на расчет к.п.д. тепловых машин,

  1. вычислять работу газа с помощью графика зависимости давления от объема,
  2. решать задачи с применением уравнения теплового баланса.

 

Вопросы для самоконтроля.

I уровень.

 1)             Что называется внутренней энергией?

2)             От каких величин зависит внутренняя энергия тела?

3)             Приведите примеры превращения механической энергии  во внутреннюю и обратно?

4)             Формула для расчета внутренней энергии идеального одноатомного газа.

5)             Формула для расчета работы по изменению объема газа.

6)             Что называется количеством теплоты?

7)             Как рассчитать количество теплоты необходимое для нагревания тела, или  выделяемое при его охлаждении?

8)             Что такое:

a)             плавление,

b)             кристаллизация,

c)             испарение,

d)               конденсация?
Что происходит с внутренней энергией вещества при этих процессах ?

9)             Что называется удельной теплотой плавления?

10)         Что называется удельной теплотой парообразования?

11)         В каких случаях количество теплоты отрицательно?

12)         Как формулируется первый закон термодинамики?

13)         Когда изменение внутренней энергии отрицательно?

14)         Какие процессы называют необратимыми?

15)         Сформулировать второй закон термодинамики.

16)         Какое устройство называют тепловым двигателем?

17)         Какова роль нагревателя, холодильника и рабочего тела в тепловом двигателе?

18)         Что называется к.п.д.?

19)         Чему равно максимальное значение к.п.д. тепловых машин?

20)         Каковы основные направления борьбы с отрицательными последствиями применения тепловых двигателей?

21)         Как используют внутреннюю энергию топлива на электростанциях?

 

II уровень.

  1. Моль какого газа (водорода или гелия) имеет большую внутреннюю энергию при одинаковой температуре?
  2. Почему можно говорить, что система обладает внутренней энергией, но нельзя сказать, что она обладает запасом определенного количества теплоты или работы?
  3. В каком случае работа газа больше: при изотермическом расширении от объема V1 до V2, или при изобарном расширении от V1 до V2.
  4. Если бы реки потекли вспять, означало бы это нарушение закона сохранения энергии?
  5. Почему выключая лишнее освещение Вы помогаете охране окружающей среды?
  6. Как изменится внутренняя энергия одноатомного идеального газа, если его давление увеличится в 3 раза, а объем уменьшится в 2 раза.

 

III уровень.

  1. Газ, находящийся в цилиндре под подвижным поршнем, нагревают с помощью спиртовки. Опишите, какие энергетические процессы при этом происходят.
  2.  Под подвижным поршнем цилиндра находится газ. На поршень поставили тяжелую гирю. Опишите какие энергетические процессы  будут происходить при этом в системе

  3.
    На рис. изображена диаграмма перехода газа из состояния 1→2→3→4→1. При каких переходах газ совершает: а) положительную работу; б) отрицательную работу; в) не совершает работы.



  4. На рис. изображена диаграмма перехода газа из состояния 1→2→3→1. На каких переходах газ совершает: а) положительную работу, б) отрицательную работу, в) не совершает работы.
  5. Как изменяется внутренняя энергия одноатомного газа при изобарном нагревании, изохорном охлаждении , изотермическом сжатии.

                                                Образцы решения типовых задач.

1.      Вычислите работу совершаемую 1 молем идеального газа при изобарном нагревании на 1 К.

P1 = P2 = Р

∆Т = 1 К

 A1 = Р ∆V

Чтобы найти Р и ∆V воспользуемся уравнением состояния идеального газа.

вычтем из второго уравнения первое, получаем 

Ответ: A1 = 8.3 Дж.

А1 - ?

2.      В теплоизолированном сосуде находится вода и лед при температуре 0º С. Массы их соответственно равны 0,5 кг и 60 г. В воду впускают водяной пар массой 10 г при температуре 100º С. Какой станет температура воды в сосуде после установления теплового равновесия.

m1 = 0,5кг

m2 = 6 · 10³ кг

m3 = 10-2 кг

Т1 = 273К

Т2 = 373К

r = 2,26 · 106 Дж/кг

λ = 3,3 · 105 Дж/кг

С = 4,2 ·103 Дж/кгК

Q1 =  C m1 ( Т3 – Т1) – количество теплоты принятое водой

Q2 = количество теплоты, принятое льдом и водой, полученной от таяния льда,

Q2 = λ m2 + C m2 (Т3 – Т1)

Q3 – количество теплоты, отданное паром и водой, полученной при конденсации,

Q3 = r m3 + С m3 (Т2 – Т3)

Уравнениее теплового баланса: Q3 + Q1 +Q2 = O

Q3 =Q1 + Q2

r m3 + C m3 (T2 – T3) = C m1 (T3 – T1) +λ m2 + C m2 (T3 – T1)

r m3 + C m3 (T3 – T1) = C (m1+m2) (T3 – T1) +λ m2

r m3 – λ m2 =  (T3 – T1) [C (m1+m2) – C m3]

T3 – T1 = (r m3 – λ m2) / (C (m1 +m2) – C m3)

T3 = (r m3 – λ m2) / (C (m1 +m2) – C m3) + T1  

T3 = 276K

Ответ: Т3 = 276К.
Т3 - ?

 

Задачи для самоконтроля.

I уровень.

1.      Какова внутренняя энергия 10 моль одноатомного газа при температуре 27º С?

2.      На сколько изменится внутренняя энергия гелия массой 200 г при увеличении температуры на 20º С?

3.      При изотермическом расширении газ совершает работу 200 Дж. Какое количество теплоты сообщено газу?

4.      Вычислите максимальное значение к.п.д. тепловой машины с температурой нагревателя 427º С и температурой холодильника 27º С.

5.      В результате получения количества теплоты 800 Дж  воздух в цилиндре расширился и совершил работу 200 Дж. Как изменилась при этом внутренняя энергия воздуха?

  

II уровень.

1.      Какой должна быть температура нагревателя , для того, чтобы стало возможным достижение максимального значения к.п.д. 80%  у тепловой машины с температурой холодильника 300 К?

2.      Тепловая машина получает от нагревателя 800 Дж тепла. К.п.д. её равно 25%. Какую полезную работу она совершает?

3.      На одинаковые газовые горелки поставили два одинаковых закрытых сосуда ёмкостью по 1л, в одном из них вода, в другом воздух. Какой из них быстрее нагреется до 50º С? Почему?

4.      Для изобарного нагревания 400 моль газа на 500 К ему сообщили количество теплоты 9,4 МДж. Определите работу газа и приращение внутренней энергии.

5.      Осколок, падая с высоты 50 м, имел у поверхности земли скорость 40 м/с. На сколько повысилась температура осколка при падении, если вся работа сопротивления воздуха пошла на его нагревание? Удельная теплоемкость осколка 400 Дж/кгК.

6.      На сколько температура воды у основания водопада  с высотой 20 м больше, чем у вершины? Считать, что вся механическая энергия идет на нагревание воды.

 

III уровень.

1.      В калориметре находится 0,5 кг воды при температуре 10º С. Туда же положили 1 кг льда при температуре -30º С. Какая температура установится в калориметре при наступлении теплового равновесия? Нагреванием калориметра можно пренебречь.

2.      При каком минимальном значении  скорости свинцовая пуля при ударе о стенку может полностью расплавится? Начальная температура пули 27º С.

3.      Сколько стали взятой при 20º С можно расплавить в печи с к.п.д. 50%, сжигая 2 т каменного угля?

4.      Вычислите увеличение внутренней энергии водорода массой 2 кг при изобарном нагревании на 10 К (удельная теплоемкость водорода при постоянном давлении 14 Дж/кгК).

5.      В калориметр, содержащий воду массой 250 г при температуре 25º С, впускают водяной пар массой 10 г при температуре 100º С. Какая температура установится в калориметре, если его теплоемкость 1000 Дж/К?

Home    Содержание

 

Используются технологии uCoz