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.

Актуалізація опорних знань.

Q = cm(t2 - t1 )0 C

• Теплообмін.

• Фазові переходи речовини. плавлення кристалізація пароутворення конденсація

Q = lm Q = Lm Q = qm

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

+

327

•

+

2. Дано?

27

• • • • •

Q2 Q1

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

Q = Q1 + 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=?

• • • • • •

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

• Q=Q1+Q2+Q3+Q4 • 5.Q5= qmд

4+ 80

60 40

3+

20 2+

0 -10

1+

5-

Q h = Qд 100%

Qд = hQ 100% qmд = mд =

m ( cл Dt1 + l + cв Dt2 + L ) h

m ( c л Dt1 + l + cв Dt2 + L ) qh

100%

100%

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

ΔU=0 0

A=0 Q=ΔU

Q=A

Q=

A = -ΔU

Q=A+ΔU

Робота в ізобарному процесі • A= F l cosa

p

F=pS V1

A=plS lS=ΔV

V2

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

Приклад 4, ст 237

•р

• • •Р2

ab - ізохора А=0 ΔU↑ Q>0 bc – ізобара A>0 ΔU>0 Q>0 cd - ізохора А=0 ΔU↓ Q<0 b

c

A р1

d

a

V1

V2

da - ізобара А<0 ΔU↓ Q<0

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

• • •

v= 800 моль

pV1 = nRT1

ΔT=500K

PDV = nRDT

Q=9,4 МДж

A = nRDT

А=3,32МДж

• •

А=?

DU = Q - A

ΔU=6,08МДж

pV2 = nRT2

ΔU=?

• 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.

• м=0,08 кг p = const • М=0,032 кг/моль • V2=1,5V1 A = RDT • T1=300K • A=?

• ΔU=?

n pV2 = nRT2 pV1 = nRT1

1,5 =

T2 T1

Þ DT = 0,5T1 = 150 K

A = 0,5 Mm RT1 Þ A = 3,12кДж Qp =

i+2 m 2 M

RDT Þ Q = 10,9кДж

DU = Q Þ DU = 7,8кДж

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.

1. Газу передано кількість теплоти 150 Дж, зовнішні сили виконали над ним роботу 350 Дж. Чому дорівнює зміна внутрішньої енергії газу. А. 200 Дж 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

• 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 = DU + A A = pDV DU = Q - pDV DU = 60 - 50 = 10кДж

• 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

в

1

2

V,м³

3

а-б – ізобарне розширення

• 4

а

б

А=pΔV

А

A=8кДж

2

1

г

в ΔV

1

2

3

V,м³

• •4

р

•2 •

а

ав - ізотермічне розширення A2<A1

б

аг г

1

-ізохорне стискання

в

A3=0

A2 1

2

3

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 = DU + A A = pDV pV2 =

m M

RT2

pV1 =

m M

RT1

pDV = DU =

m M

RDT

i m 2 M

RDT

i=5 Q=

7 m 2 M

RDT

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 = lm 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

Механізм, в якому виконується робота А

Т1

Холодильник Q2

A=Q1-Q2

Т2

Коефіцієнт корисної дії ТД

h=

A Q1

h=

Q1 -Q2 Q1

hmax =

×100% ×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

• • • • • • • •

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?

h=

Т1 -Т 2 Т1

Т1 = nT2

h=

h= Q2 Q1

Q1 -Q2 Q1

= 1 - h = 1 - nn-1 =

n -1 n

Як працює холодильник?

• Читаємо ст. 243 Чи можливий вічний двигун?

• Читаємо ст . 247

1 n