презентация по теме: Первый закон термодинамики. Первый закон термодинамики. Дисциплина Теплотехника. Раздел Термодинамические процессы. Урок 5 Ткачева Е. С
 Скачать 3.14 Mb.
|
|
Дисциплина: Теплотехника. Раздел: Термодинамические процессы. Урок №5 Выполнила: Ткачева Е.С. Преподаватель БЛТ Рассмотреть первый закон термодинамики. Формировать умение применять первый закон термодинамики к изопроцессам. Законы термодинамикиЗаконы термодинамики Первый закон термодинамики Применение первого закона термодинамики к изопроцессам Закрепление Термодинамика?Термодинамика? Изопроцессы? Изотермический процесс? Изобарный процесс? Изохорный процесс? Адиабатный процесс? Законы термодинамики Термодинамика –наука о наиболее общих свойствах макрос- копических систем,находящихся в разновесном состоянии, и закономерностях преобразования различных форм энергии. Законы термодинамики имеют универсальный характер. Первый закон термодинамики U2-U1=A+Q,где А-работа, совер- шаемая внешними силами над системой,Q-количество теплоты, переданное системе внешней силы,U2-U1-приращение энергии. Первый закон термодинамики установлен в 1850г. выдающимся Немецким физиком Р. Клаузиусом. Изотермический процесс.Поскольку Т=Т0,то Согласно,внутренняя энергия системы не изменяется. Находим А12+Q12=0 или Q12=А12.В случае изотерми- ческого расширения происходит передача теплоты из внешней среды, газ расширяется и совершает положи- тельную работу. Адиабатный процесс- процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой (Q=0).Этот процесс можно реализовать с помощью теплоизолирующей оболочки. Другая возможность-процесс происходит настолько быстро, что величина Q достаточно мала по сравнению с измерением внутренней энергии. При адиабатном процессе можно изменить температуру газа, не подводя к нему теплоты. Первый закон термодинамики. ∆V=0, поэтому∆V=0, поэтому газ работы не совершает т.е. А = 0. Q = ∆U ∆U = U2 –U1; U2 = imRT2/2M; U1= imRT1/2M; Q = ∆U ∆U = imR ∆T/2M. ∆T = 0, следовательно,∆T = 0, следовательно, внутренняя энергия не изменяется: ∆U = 0. Q =A. Q =A При изобарном расширении газа подведённое к нему количество теплоты расходуется как на увеличение его внутренней энергии, так и на совершение работы газом. Для изобарного расширения газа, при котором увеличивается его температура, требуется большее количество теплоты, чем при изотермическом процессе, где температура газа не меняется. Q =∆U+A Теплоизолированная система – это система, не обменивающаяся энергией с окружающими телами. Адиабатный процесс – термодинамический процесс в теплоизолированной системе. Q = 0 Q =∆U+A Почему внутренняя энергия тела не бесконечна? Как меняется температура тела при адиабатном расширении? Для получения газированной воды через воду пропускают сжатый углекислый газ. Почему температура воды при этом понижается? ТЕСТ? ТЕСТ... ТЕСТ! 1.Скажите, какое из следующих утверждений верно: А) теплота – одна из форм энергии; Б) тело содержит определенное количество теплоты; В) температура – характеристика равновесного состояния; Г) молекулы идеального газа не взаимодействуют друг с другом, за исключением коротких интервалов времени,когда они сталкиваются; Д) внутренняя энергия идеального газа представляет собой среднюю кинетическую энергию теплового движения его молекул; 2. Состояние идеального газа задаётся значениями температуры Т и давления p. Внутренняя энергия газа имеет наибольшее значение состояния: а) Т0,,,р0 ; б) Т0, 2р0; в) Т0, 5р0; г) Т0, 10р0; д) 2Т0 ,р0. 3 – 4. Если Q – количество теплоты, переданное газу ,А, - работа, совершаемая газом над внешними телами,ΔU – приращение внутренней энергии, то: 1) В процессе изотермического расширения: а) Q < 0, А, > 0; б) Q = 0, А,>0; в) Q = 0, А,< 0; г) Q > 0, А,>0; д)U > 0, А, >0; 2) В процессе адиабатного расширения: а) Q < 0, А,> 0; б) Q=0, А,>0; в)Q <0, А,<0; г)U>0, А, >0; д)U <0, А, >0. 5. На рис. 4.4 изображен график изотермического процесса в координатах температура – объем. При переходе из состояния а в состояние б: а) происходит нагревание газа; б) газу сообщили количество теплоты; в) давление уменьшается; г) работа, совершаемая внешними телами, положительна; д) внутренняя энергия газа возросла. Т0 Т V1 V2 V b a Рис. 4.4 6. На рис. 4.5 изображен график процесса в координатах давление – объем. При переходе из состояния р0 , V0 в состояние р0 / 2, 2V0 газу сообщили количество теплоты: а) 1/4p0V0; б) 1/2 р0V0; в) 3/4p0V0; г) р0V0; д) 2р0V0; р р0 Р0/2 а б V V0 2V0 Рис. 4.5 7. Молярные массы титана и молибдена соответственно равны m= 48* 10 –3 кг/ моль и m2=96* 10 –3 кг/ моль. Для нагревания 1 кг титана на 1К необходимо передать количество теплоты Q. Для нагревания 1 кг молибдена на 1 К необходимо количество теплоты: а) Q; б) 2Q; в) 0,5Q; г) 4Q; д) 0,25Q; 8. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа U = 300 Дж. Газ занимает объем V=2 л. Давление газа: а) 100 Па; б) 103 Па; в) 10 4 Па; г) 10 5 Па; д) 10 6 Па; 9. На рис. 4.6 изображены графики двух процессов а -б и а – с в координатах давление – объем. Точки б и с лежат на изотерме. Отношение работ, совершаемых газом в процессах а –с и а – б: а) 5/8 ; б)3/4 ; в) 3/8 ; г)1/2 ; д) 1/ 4 ; Т р с а б Рис.4.6 Ответы на тест - д - г - г 4. – д 5. - г 6. – а 7. - б - г - в Общий метод решения задач по темам «Газовые законы», «Процессы» Запишите параметры состояния, указанные в условии задачи. Запишите уравнение (3.2) для каждого состояния. Запишите уравнение процесса. Если объём газа ограничен подвижным поршнем или поверхностью жидкости, то необходимо записать условие механического равновесия. Полученные соотношения должны представлять собой систему уравнений относительно неизвестных величин. Решите систему уравнений. Задача Тонкостенный цилиндрический стакан высотой а=11,96 см закрыт невесомым поршнем, который может скользить без трения по внутренней поверхности. Внутри стакана находится воздух при атмосферном давление p 0=105 ПА. Вначале стакан плавает в воде , погрузившись на глубину b= 10 см (рис. 3.2а).Предположим, что сжатие воздуха представляет собой изо-термический процесс. Этого можно добиться, медленно погружая стакан в воду. Решение Пусть mс - масса стакана, m- масса воздуха в стакане. В исходном положении ( рис.3.2а) давление воздуха в стакане p1 =p0 , объем V1=a S( S-площадь поперечного сечения стакана),температура Т1=Т. Уравнение состояние и условие плавания имеют вид p0aS =m R T/ M, (1) p g b S – mcg =0 (m<< m0) ( 2 ) В положение,изображенном на рис.3.2б, H – расстояние от поверхности воды до дна стакана, х – расстояние между дном и поршнем. Давление воздуха в стакане p2 = p0 + p g (H – х), объём воздуха V2 = х S, температура Т2= Т.Уравнение состояния и условия плавания: (p0 + pg ( H – x)) x S=m R T \ M (3) p g x S – m c g =0. (4) Из уравнений (2 ) и ( 4 ) мы получим очевидный результат x=b: в начальном и конечном состояниях выталкивающая сила должна быть одинакова. Подставляя значение x=b в ( 3 ) и исключая из (1),(3) массу воздуха, получаем уравнение (p0 + pg ( H –b ))b = p0a, ( 5) откуда H =b +p0 ( a – b)/(p g b ). (6 ) Подставляя числовые данные, получаем H=2,1м. Б. Погрузим стакан на глубину H1=2.6 м. Насколько должно измениться атмосферное давление, чтобы стакан всплыл ? Решение Атмосферное давление p1, при котором стакан всплывет, удоволетворяет уравнению, анологичному (5): (p1+pg(H1-b))=p0a. Учитывая (6),находим приращение атмосферного давления: p=p1-p0=pg(H-H1), p= - 4.9 к Па. ЗАДАЧА Состояние газа изменяется в соответствии С циклическим процессом abcda,изображенным на рис.3.4а в координатах (p,T). В таблице на рис.3.4б приведены некоторые параметры газа в состояниях а,b, C,d. Т0 2Т0 р0 2р0 р а b d c Т
А. Заполните пустые клетки таблицы. Рис. 3. 4б . . . . . Т 2Т0 Т0 V Б. Представьте диаграмму цикла в координатах (V,Т) на рис .3.4в. Рис. 3. 4в Задача На рис. 4.1 изображена pV- диаграмма цикла abcda, проведенного с v молями газа.Найдите работы А1,совершаемую газом. Решение На участке ab совершаемая работа согласно (А1 12= p0 (V2 –V1 ) равна А1ab=p2(V2 –V1) На участках bc da поршень неподвижен: газ работы не совершает.На участке cd работа А1cd =p1 (V1 –V2 ). Полная работа А1(p2 –p1 ) (V2 –V1 ) численно равна площади прямоугольника abcd. Рис. 4.1 p p2 p1 V1 V2 V a b c d Задача Воздух влажностью f=h·100% находится при давление p и температуре Т. Найдите плотность влажного воздуха. Решение Плотность влажного воздуха, находящегося в объёме V, =(mв + mп )/V р=р в +р п pв V/T= mв R/Mв; pп V/T=mп R/Mп . h=pп /pн. =Mв p/(RT)-(Mв – M п)hpн /(RT). При одинаковых условиях в 1 м3 сухого и влажного воздуха содержится одинаковое количество молекул. m=V(Mв – Mп ) hpн /( RT). – уменьшение массы воздуха в объёме V. Идеальный газ получил количество теплоты равное 500 Дж, и совершил работу, равную 200 Дж. Как при этом изменилась внутренняя энергия газа.
1, стр. 187-189 прочитать конспект, выучить определения |