Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Конспекты / Практическая работа на тему: "Первый закон термодинамики"

Практическая работа на тему: "Первый закон термодинамики"

  • Физика

Поделитесь материалом с коллегами:

Практическое занятие №2


Тема: Первый закон термодинамики


Цель: дать студентам понятие об уравнении первого закона термодинамики


Краткие теоретические сведения


При решении задач на тему: «Первый закон термодинамики» студенту необходимо знать уравнение первого закона термодинамики, который представляет собой закон сохранения и превращения энергии в применении к тепловым процессам, формулы количество теплоты, изменение внутренней энергии, работу газа и т.д.

Уравнение первого закона термодинамики записывают:

для 1 кг вещества


; (2.1)


для m кг вещества


, (2.2)


где индексы «1» и «2» означают начальное и конечное состояние системы.

Количество теплоты


. (2.3)


При подводе теплоты количество теплоты записывают со знаком «плюс», при отводе со знаком «минус».

В изобарном процессе пользуются следующей зависимостью


, (2.3а)


где и – удельные энтальпии вещества в конечном и начальном состояниях, кДж/кг.

Изменение внутренней энергии


. (2.4.)


Работа системы (газа) связана с изменением объема


. (2.5)

При совершении работы системой ее значение записывают со знаком «плюс», при затрате работы извне – со знаком «минус».

Для расчета удельных величин используют следующие зависимости:


; (2.6)


; (2.7)


. (2.8)


В тепловых расчетах широко пользуются понятием КПД, под которым подразумевают отношение полезно использованной энергии ко всей затраченной

, (2.9)


где – полезно использованная энергия; – затраченная энергия.


Методические указания к решению задач

Задача №1.

Газу сообщается 400 кДж теплоты, при этом газ сжимается. Работа изменения объема составляет 300 кДж. Определить изменение внутренней энергии газа.

Решение

В соответствии с правилом знаков в термодинамике принято считать Q>0 , если к газу подводится теплота, и L<0 , если над газом совершается работа (газ сжимается). Таким образом , по условию задачи Q = 400 кДж и L=-300 кДж. Следовательно, в соответствии с первым законом термодинамики получаем величину изменения внутренней энергии газа

кДж.


Задача №2.

К 2 кг воздуха подведено 260 кДж теплоты, на сжатие его затрачена работа, равная 150 кДж. Определить конечный удельный объем, если конечное давление воздуха = 0,2 МПа, а начальная температура = 10 0С.

Решение

Изменение внутренней энергии воздуха в данном процессе по уравнению (2.2)


кДж.


Учтено правило знаков при записи количеств теплоты и работы:

теплота подводится = 260 кДж;

работа затрачивается = -150 кДж.

Для воздуха выписываем из приложений Б и В:

относительную молекулярную массу = 28,96;

газовую постоянную = 287 Дж/(кг.К);

изохорную молярную теплоемкость, как для двухатомного газа, = 20,8 Дж/(моль.К).

Удельная изохорная теплоемкость воздуха по уравнению (1.12)


Дж/(кг К)=0,718 кДж/(кг К).


Конечная температура воздуха по формуле (2.4)


0С, К.


Конечный удельный объем по уравнению (1.1)


м3/кг.


Задачи для самостоятельного решения


Задача №1

Двигатель передвижной электростанции расходует в час 13 кг топлива с теплотой сгорания 43 000 кДж/кг. Эффективный КПД двигателя – 30%, КПД электрогенератора – 85%. Какое количество электроэнергии выработано за 5 часов работы?


Задача №2

Для определения мощности двигателя при испытании используются охлаждаемые водой тормоза. При этом работа, произведенная двигателем, расходуется на преодоление трения и превращается в теплоту. Около 75% этой теплоты отводится водой. Определить расход воды, если мощность испытуемого двигателя составляет 70 кВт. При расчете принять начальную температуру воды равной 10 0С, а конечную – равной максимально допустимой температуре воды 80 0С.


Задача №3

Автомобиль движется со скоростью 70 км/ч, при этом работа двигателя характеризуется средним значением мощности в 25 кВт (34 л.с.) Определить расход топлива на 100 км пути, если КПД силовой установки составляет 25 %, а теплота сгорания топлива равна 43 МДж/кг.

Задача №4

Определить время нагрева 500 л воды от 10 0С до температуры кипения при атмосферном давлении в емкостном электроводонагревателе. Мощность электронагревателя 25 кВт. Теплопотери принять в размере 10% теплоты, необходимой для нагрева воды.


Задача №5

Мощность тепловой электрической станции составляет 100 МВт. Определить расход топлива, если КПД электростанции равен 35%, а теплота сгорания топлива = 30 МДж/кг.


Задача №6

Определить эффективный КПД автомобильного двигателя мощностью 73,6 кВт, если расход бензина 22 кг/ч при теплоте сгорания 40 МДж/кг.


Задача №7

При испытании теплового двигателя было установлено, что удельный расход топлива равен 64 г/МДж. Определить эффективный КПД двигателя, если теплота сгорания топлива равна 42 000 кДж/кг.


Задача №8

В котельной электрической станции сожжено 62 т топлива, имеющего теплоту сгорания 30 МДж/кг. Время работы – 5 ч, КПД электростанции – 35%. Определить среднюю электрическую мощность электростанции за указанный промежуток времени.


Задача №9

В сосуд, содержащий 0,5 л воды, при температуре 20 0С помещен электронагреватель мощностью 800 Вт. Определить время нагрева воды до 100 0С. При расчете принять теплопотери в размере 20% от теплоты нагрева воды.


Задача №10

В машине происходит нагрев ее стальных деталей массой 300 кг на 40 0С за 20 мин. Определить потери мощности машины, приняв удельную теплоемкость стали равной 0,5 кДж/(кг К)..


Контрольные вопросы

1.Какие виды энергетического взаимодействия тел рассматриваются в технической термодинамике?

2. В чем состоит сущность принципа эквивалентности теплоты и работы?

3. В каких случаях считается теплота величиной положительной?

4.В каких случаях считается работа изменения объема величиной положительной?

5. Какое принципиальное различие между понятиями «внутренняя тепловая энергия» и «теплота»?


Выберите курс повышения квалификации со скидкой 50%:

Автор
Дата добавления 03.04.2016
Раздел Физика
Подраздел Конспекты
Просмотров378
Номер материала ДБ-007033
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх