Термодинамика. Урок физики в 10 классе Цели урока Сформировать основные понятия термодинамики Сформулировать первый закон термодинамики

• Название: Урок физики в 10 классе Цели урока Сформировать основные понятия термодинамики Сформулировать первый закон термодинамики
• Дата: 20.10.2019
• Размер: 243.69 Kb.
• Имя файла: Термодинамика.pptx
• Тип: Урок; #91055

Основы термодинамики

Урок физики в 10 классе

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]

число молекул

кинетическая энергия одной молекулы

(NAk = R)

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

над самим

телом телом

ΔU ΔU

Теплообмен Q

теплопроводность

конвекция

излучение

Работа в термодинамике

• Работа газа:
• Работа внешних сил:

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 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 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