Termodinamika

Закони термодинаміки

Внутрішня енергія. Способи зміни. Мета: формувати знання про внутрішню енергію та способи її зміни; уміння застосовувати знання до розв’язку задач на застосування рівняння теплового балансу.1.

Q =cm(t −t ) C Актуалізація опорних знань.

0

2

Q =λm

• Теплообмін.

• Фазові переходи речовини.Q = Lm плавлення Q = qm кристалізація пароутворення конденсація

1

Тіла молекули взаємодіють

рухаються

Мають потенціальну енергію

Мають кінетичну енергію

Внутрішня енергія тіла

Як змінити внутрішню енергію ?

1.Виконайте дослід: потріть монетку і піднесіть її до щоки і зробіть висновок

Виконанням роботи нагрівання

або

Передачею тепла від інших тіл

Зміна агрегатного стану

2. Розв’язування задач 1. Скільки тепла виділяється при повному згорянні 1 кг гасу?

2 При повному згорянні 2 кг якого палива – вугілля або бензину – виділяється більша енергія?

3 Скільки антрациту треба спалити , щоб отримати 60 МДж теплоти 4. Що означає твердження ”питома теплота плавлення алюмінію становила 393 кДж/кг” ?

5. Як відомо при плавленні кристалічного тіла його температура залишається незмінною. А що відбувається з його внутрішньою енергією?

6.. Що означає твердження ”питома теплота плавлення алюмінію становила 393 кДж/кг” ?

7.. Як відомо при плавленні кристалічного тіла його температура залишається незмінною. А що відбувається з його внутрішньою енергією? Дано: mв = 1 кг • mл = 1кг • C= 4200Дж/кгºС • λ=332 кДж/кг • tпл=0º •

Qв = сmвΔt Qл=λmл Qв = Qл сmвΔt = λ mл λ Δt =

•

Δt =?

cmв Дж кг ºС [Δt]=

= ºС кг Дж

+

2. Дано? mсв= 500г = 0,5 кг t= 27ºC tпл =327ºС с= 140 Дж/кгºС λсв= 25 кДж/кг Q =?

•

327 27

+

Q1

Q2

Q = Q 1 + Q2 Q1 = cm(tпл –t) Q2 = λm Q = m (c (t пл –t) +λ) [Q] = кг [(Дж/кгºС) ºС+Дж/кг]= =кг ( Дж/кг) = Дж Q = 0,5 ( 140* 300 + 25000)= =33500 Дж = 33,5 кДж

Скільки треба спалити дров у пічці з ККД 40%, щоб отримати пару з 200 кг снігу, взятого при температурі -10ºС?

100

Дано: mв=200кг сл=2100Дж/кг ºС св=4200Дж/кг ºС λ=330 кДж/кг L=2,3 МДж/кг η=40% mд=?

4+ 80 60 40

3+

20 2+

0 -10

1+

5-

• • 1. Q1=cmΔt1.К • 2. Q2=λm • 3. Q3=cmΔt2.К • 4. Q4=Lm •

• Q=Q1+Q2+Q3+Q4 •

η=

Q Qä

100%

Qä = ηQ 100% qmä = mä =

m ( c ë ∆t1 + λ + câ∆t2 + L ) η

m ( c ë ∆t1 + λ + câ∆t2 + L ) qη

100%

100%

5.Q5= qmд

Самостійна робота У калориметр, в якому утримується 500 г води при температурі 20ºС, впустили водяну пару при температурі 100ºС. Яка температура встановиться у калориметрі, якщо маса пари 100г? Якою стане маса води Домашнє завдання • Задача.

•

•

Визначити масу води, яка може перетворитися у лід при 0ºС випаровуванням ефіру , маса якого 0,1 кг , а температура 20ºС. Початкова температура води 20ºС.

L ефіру 0,38 МДж/кг, λ льоду 330кДж/кг, с ефіру 2100Дж/кг.К, с води 4200Дж/кг.К

Закони термодинаміки

Мета: формувати знання законів термодинаміки та уміння застосовувати знання до розв’язку задач.

1. Актуалізація опорних знань • Повторити: • 1. Внутрішня енергія.

• 2.Якими способами можна змінити внутрішню енергію?

2. Вивчення нового матеріалу 1. Перший закон термодинаміки

ΔU= Q + Aзовнішніх сил

Робота газу у різних процесах

Ізохор ний

Ізотерм Адіаба ізобарн ічний тний ий ΔT=0

ΔV=0

A=0

ΔU=0 0

Q=ΔU

Q=A

Q=

A = -ΔU

Q=A+ΔU

Робота в ізобарному процесі A= F l cosa •

p

F=pS V1

V2

A=plS lS=ΔV

A=pΔV

Графічне представлення роботи газу Робота газу дорівнює Площі під графіком p(V)

р

Aг V1

V2

V

р

А V

Робота газу дорівнює Площі під графіком p(V)

Приклад 4, ст 237 ab - ізохора bc – ізобара cd - ізохора da - ізобара

р

Р2

b

c

A р1

А=0 ΔU↑ Q>0 A>0 ΔU>0 Q>0 А=0 ΔU↓ Q<0 А<0 ΔU↓ Q<0

d

a

V1

V2

За цикл ΔU=0 Q=A Отримана кількість V Теплоти Ю ніж віддана на А

3 Осмислення матеріалу Задача 1.

Для ізобарного нагрівання , кількість речовини якого 800 моль, на 500К йому надали теплоти 9,4МДж. Визначити роботу газу і зміну його енергії.

P=const

Q=ΔU + A

pV2 = νRT2 pV1 = νRT1

v= 800 моль ΔT=500K Q=9,4 МДж

P∆V = νR∆T A = νR∆T

А=? ΔU=?

∆U = Q − A

А=3,32МДж

ΔU=6,08МДж

• Задача 2.

• При ізобарному розширенні 80г Оксигену з температурою 300К його об’єм збільшився в 1,5 рази. Визначити кількість теплоти використаної на нагрівання Оксигену, роботу , виконану на його розширення і зміну енергії. p = const • м=0,08 кг • М=0,032 кг/моль A = νR∆T pV2 = νRT2 • V2=1,5V1 • T1=300K pV1 = νRT1 • A=?

• ΔU=?

1,5 = TT12 ⇒ ∆T = 0,5T1 = 150 K A = 0,5 Mm RT1 ⇒ A = 3,12êÄæ Qp =

i+2 m 2 M

R∆T ⇒ Q = 10,9êÄæ

∆U = Q ⇒ ∆U = 7,8êÄæ

Домашнє завдання

•

§ 24, № 20 , ст 239

Закони термодинаміки - розв’язування задач Мета: закріпити знання законів термодинаміки.

1. Актуалізація опорних знань • 1. Перший закон термодинаміки.

• 2. Рівняння Менделєєва – Клапейрона.

• 3. Кількість речовини.

• 4. Геометрична інтерпретація роботи газу.

2.Розв’язування задач.

• •

1. Тестування.

• • •

А. 200 Дж

1. Газу передано кількість теплоти 150 Дж, зовнішні сили виконали над ним роботу 350 Дж. Чому дорівнює зміна внутрішньої енергії газу. Б. 500 Дж. В. 150 Дж.

2.Газ отримав кількість теплоти 400Дж, його внутрішня енергія збільшилася на 300 Дж. Чому дорівнює робота , яку виконав газ. А. 100 Дж Б. 700 Дж В. 300 Дж В. 300 Дж • 3. Зовнішні сили виконали над газом роботу 300 Дж, при цьому внутрішня енергія газу збільшилася на 400 Дж. Яка кількість теплоти була передана газу?

• А. 700 Дж • Б. 300 Дж • В. 100 Дж

3. Зовнішні сили виконали над газом роботу 300 Дж, при цьому внутрішня енергія газу збільшилася на 400 Дж. Яка кількість теплоти була передана газу? А. 700 Дж Б. 300 Дж В. 100 Дж

4. В якому з процесів зміна внутрішньої енергії системи дорівнює переданої кількості теплоти? А. ізохорному Б. ізобарному В. ізотермічному

• • • •

5. Як зміниться внутрішня енергія газу при адіабатному розширенні А. ΔU=0 Б. ΔU>0 В. ΔU<0

• • •

6. Газ знаходиться у посудині під тиском 25 кПа При наданні газу 60 кДж теплоти він ізобарно розширився і об’єм збільшився на 2 м³. На скільки змінилася його внутрішня енергія?

Дано: р=25кПа ΔV=2м³ Q=60кДж ΔU=?

• • •

Q = ∆U + A A = p∆V ∆U = Q − p∆V ∆U = 60 − 50 = 10êÄæ

7.У якому процесі газ , отримуючи деяку кількість теплоти не нагрівається?

8.Тепле повітря піднімається вгору. Чому ж у тропосфері внизу тепліше, ніж угорі?

9.Для отримання газованої води через воду пропускають стиснутий вуглекислий газ. Чому температура води при цьому знижується?

10.На

малюнку показані різні процеси зміни стану газу.

Назвіть процеси. В якому процесі виконана більша робота? Чому вона дорівнює

10.

Р,кПа 4

а

б

2 1

г

1

•

в

2

3

V,м³

а-б – ізобарне розширення

4

а

2 1

б

А=pΔV A=8кДж

А г

в ΔV

1

2

3

V,м³

ав - ізотермічне 4

р

а

б

2 г 1

в

розширення

-ізохорне

аг

стискання

A2 1

2

3

A2<A1

A3=0

V,м³

• 11.

• Яку роботу здійснює повітря, маса якого 200 г, при його ізобарному нагріванні на 20 К? Яку кількість теплоти буде передано газу?

Дано: m=0,2кг ΔТ=20К М=29кг/моль А=? ΔU=?

Q=?

Q = ∆U + A A = p∆V pV2 =

m M

RT2

pV1 =

m M

RT1

p∆V = ∆U =

m M

R∆T

i m 2 M

R∆T

i=5 Q=

7 m 2 M

R∆T

A=1,15Дж ΔU=2,9Дж Q=4,05Дж

•

Домашнє завдання Скласти задачу з термодинаміки, оформити її на карточці , і подати її розв’язок окремо

Тема: Теплові двигуни. Мета: Формувати знання про будову теплових двигунів. Та принцип їх дії, виховувати інтерес до пізнавальної діяльності.

1.Актуалізація опорних знань

Повторити: Процеси, які приводять до зміни внутрішньої енергії тіла: Нагрівання (охолодження)

Плавлення (кристалізація)

Пароутворення (конденсація)

Горіння

Q = cm(t2 − t1 ) Q = λm Q = Lm Q = qm

2. Вивчення нового матеріалу Читаємо § 25 , дати відповідь на ?

1. Що називають тепловим двигуном?

2.Перетвоення енергії в ТД.

3.Будова ТД.

4. Які ТД існують?

3. Осмислення матеріалу Нагрівач Qпал

Робоче тіло (пара,газ)

Механізм, в якому виконується робота А турбіна

ДВЗ

реактивний

Домашнє завдання § 25, 26 Додатково: презентації про роботу ТД і охорону довкілля.

Нагрівач Q1пал Т1

A=Q1-Q2

Механізм, в якому виконується робота А

Холодильник Q2 Т2

Коефіцієнт корисної дії ТД η = QA1 ⋅ 100% η=

Q1 − Q2 Q1

η max =

⋅ 100%

T1 − T2 T1

⋅ 100%

• На скільки кілометрів шляху вистачить автомобілю масою 3,5т 40 л бензину. Загальний опір рухові автомобіля складає 0,05. К.К.Д. двигуна 18%.

A = sF • s = A/ F η = 100% • A Q1

Q1 = qm = qρV A = ηqρV F = 0,05mg s=

ηqρV 0 , 05 mg

Дано: • V=0,04м³ • m=3 500 кг • F=0,05P • η=18% • q=46МДж/кг • ρ=700кг/м³ • s=?

•

Газ здійснює цикл Карно. Абсолютна температура нагрівача у n раз більша за температуру охолоджувача. Яку часину теплоти, яку отримує газ у нагрівачеві, газ віддає охолоджувачу? η = Ò1Ò−1Ò2 Ò1 = nT2

η=

n −1 n

η= Q2 Q1

Q1 − Q2 Q1

= 1 − η = 1 − nn−1 =

Як працює холодильник?

• Читаємо ст. 243 Чи можливий вічний двигун?

• Читаємо ст . 247

1 n