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