- 25.04.2015
- 1546
- 6
Модуль 13
Термодинамика. Фазовые переходы.
Термодинамика – раздел физики, в котором изучаются тепловые явления. При этом изучается поведение не отдельных молекул, а вещества в целом.
Термодинамическая система – совокупность макроскопических тел, способных взаимодействовать друг с другом и внешней средой. Состояние системы определяется термодинамическими параметрами, например давлением, объемом, массой и температурой. Система может находиться в равновесном состоянии – это состоянии, при котором параметры системы не меняются со временем и одинаковы во всей системе при неизменных внешних условиях.
1. Работа и внутренняя энергия идеального газа.
Из курса механики нам известно работа есть произведение силы на перемещение, если направление силы совпадает с направлением перемещения. Работу газа в термодинамике связывают с изменением объема. Рассмотрим простую модель – идеальный газ в цилиндрическом сосуде под поршнем. На поршень со стороны газа действует сила давления Fд , обусловленная ударами молекул. Тогда работа ∆A газа при малом перемещении поршня определяется формулой:
∆A= Fд ∆x=pS ∆x=p∆V
Где p – давление газа, S – площадь поршня, под которым находится газ, ∆x – проекция перемещения поршня на направление силы давления, ∆V – приращение объема газа. Знак работы газа определяется знаком проекции перемещения или знаком изменения объема. При расширении газ совершает положительную работу. ( См. рис. 134 а), т.к. изменение объема ∆V>0. При сжатии газ совершает отрицательную работу. (См. рис. 134 б), е.к. изменение объема ∆V<0.
В изобарическом процессе, когда давление газа постоянно (p=const), работа газа определяется формулой
A=p∆V= p (Vкон – Vнач)
В изохорическом процессе (V=const) работа газа равна нулю A=0, т.к. V=0. Если давление газа не постоянно , то работа газа на находится как сумма элементарных работ.
Рассмотрим примеры решения задач.
Рассмотрим задачу, в которой необходимо найти работу газа в циклических процессах, т.е. в которых газ возвращается в исходное состояние.
2.Внутренняя энергия.
Внутренней энергией U термодинамической системы называется величина, равная сумме кинетических энергий (относительно центра масс) и потенциальных энергий взаимодействия молекул данной системы. Для идеального газа внутренняя энергия равна сумме кинетических энергий поступательного движения молекул.
Какую из этих формул использовать, зависит от конкретной задачи.
3.Первый закон термодинамики.
Первый закон термодинамики, связывает работу системы A с изменением внутренней энергии ∆U и количеством теплоты Q.
Количество теплоты, полученное системой при переходе из начального состояния в конечное состояние, равно сумме работы системы и приращения ее внутренней энергии:
Q= A+∆U
Учитывая связь между работами системы (газа) A и внешних сил Aвнеш. над системой: Aвнеш.= -A, первый закон термодинамики можно записать в виде:
∆U= Aвнеш. +Q
т.е. приращение внутренней энергии системы равно сумме работы внешних сил и полученного ею количества теплоты.
В изотермическом процессе 1 закон термодинамики запишется так.
Q = A
В изохорическом процессе Q = ∆U
В изобарическом процессе Q = p∆V+∆U
Важное значение в термодинамике имеет адиабатный процесс – это процесс перехода термодинамической системы из одного состояния в другое без теплообмена с внешней средой. В этом случае Q=0 и работа газа равна убыли ее внутренней энергии. A= - ∆U
Теплоемкостью системы называют величину, равную отношению количества теплоты, полученного системой в некотором процессе, к происходящему при этом изменению температуры системы:
C=Q/∆T
Удельная теплоемкость – это величина, равная отношению теплоемкости к системы к ее массе.
c=C/m=Q/m∆T
4. КПД тепловых машин
Коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины – отношение работы A тепловой машины к количеству теплоты Q1, полученного рабочим телом от нагревателя за цикл:
Приведу пример решения сложной задачи на расчет КПД теплового двигателя.
Фазовые переходы. Уравнение теплового баланса.
Фаза – это равновесное состояние вещества, отличающееся по физическим свойствам то других возможных состояний того же вещества. Переход вещества из одной фазы в другую называется фазовым переходом. Он связан с качественными изменениями свойств вещества.
При переходе вещества из одного состояния в другое выделяется или поглощается некоторое количество теплоты. Вспомним формулы для расчета количества теплоты для различных процессов.
Приведу пример решения задачи.
Абсолютная и относительная влажность.
Количество пара в воздухе характеризуют абсолютной и относительной влажностью.
Абсолютной влажностью воздуха называется масса водяных паров, содержащихся в 1м3 при данных условиях. Другим словами – это плотность водяных паров:
Относительной влажностью воздуха называется отношение абсолютной влажности к плотности насыщенного пара при данной температуре:
Относительную влажность воздуха можно определить как отношение парциального давления к давлению насыщенного пара.
Точкой росы называют температуру, при которой водяной пар, ранее не насыщенный, в процессе изобарического охлаждения становится насыщенным.
Приведу пример решения задачи.
Предлагаю решение одного из вариантов по теме «Термодинамика» из пособия «Задания для самопроверки и контроля». Автор В.А. Орлов
Для контроля знаний учащихся предлагаю аналогичный вариант.
Используемая литература:
1. С.И. Борисов, Л.А. Корнеева Пособие для интенсивной подготовки к экзамену по физике Москва «Вако» 2005
2. В.А. Орлов Задания для самопроверки и контроля Москва Илекса 2008
Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
Модуль 13
Термодинамика. Фазовые переходы.
Термодинамика – раздел физики, в котором изучаются тепловые явления. При этом изучается поведение не отдельных молекул, а вещества в целом.
Термодинамическая система – совокупность макроскопических тел, способных взаимодействовать друг с другом и внешней средой. Состояние системы определяется термодинамическими параметрами, например давлением, объемом, массой и температурой. Система может находиться в равновесном состоянии – это состоянии, при котором параметры системы не меняются со временем и одинаковы во всей системе при неизменных внешних условиях.
1. Работа и внутренняя энергия идеального газа.
Из курса механики нам известно работа есть произведение силы на перемещение, если направление силы совпадает с направлением перемещения. Работу газа в термодинамике связывают с изменением объема. Рассмотрим простую модель – идеальный газ в цилиндрическом сосуде под поршнем. На поршень со стороны газа действует сила давления Fд , обусловленная ударами молекул. Тогда работа ∆Aгаза при малом перемещении поршня определяется формулой:
∆A= Fд ∆x=pS∆x=p∆V
Где p– давление газа, S– площадь поршня, под которым находится газ, ∆x – проекция перемещения поршня на направление силы давления, ∆V – приращение объема газа. Знак работы газа определяется знаком проекции перемещения или знаком изменения объема. При расширении газ совершает положительную работу. ( См. рис. 134 а), т.к. изменение объема ∆V>0. При сжатии газ совершает отрицательную работу. (См. рис. 134 б), е.к. изменение объема ∆V<0.
6 660 361 материал в базе
«Физика. Базовый и профильный уровни», Тихомирова С.А., Яворский Б.М.
Часть 2. Молекулярная физика. Термодинамика
Больше материалов по этой темеНастоящий материал опубликован пользователем Орлов Юрий Николаевич. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Удалить материал
Ваша скидка на курсы
40%
Курс повышения квалификации
72 ч.
Курс повышения квалификации
36 ч. — 180 ч.
Курс профессиональной переподготовки
300/600 ч.
Мини-курс
4 ч.
Мини-курс
4 ч.
Мини-курс
6 ч.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.