Презентация по физике "Работа в термодинамике"(10 класс)

• 1 слайд

  Работа в термодинамике
  Федоров А. М. – учитель физики Кюкяйской СОШ Сунтарского улуса Республики Саха
  

• 2 слайд

  Работа в термодинамике
  Работа в термодинамике определяется так же как и в механике, но она равна не изменению кинетической энергии тела, а изменению его внутренней энергии.
  Причина изменения температуры газа в процессе его сжатия состоит в следующем:
  При упругих соударениях молекул газа с движущимся поршнем изменяется их кинетическая энергия.
  При движении навстречу молекулам газа поршень во время столкновений передаёт им часть своей механической энергии, в результате чего увеличивается внутренняя энергия газа и он нагревается.
  И наоборот, если газ расширяется, то после столкновения с удаляющимся поршнем скорости молекул уменьшаются, в результате чего газ охлаждается.
  Понаблюдайте за изменением температуры насоса при накачивании велосипедной камеры.
  

• 3 слайд

  Вычисление работы
  Вычислим работу силы 𝐹 , действующей на газ со стороны внешнего тела(поршня), в зависимости от изменения объёма на примере газа в цилиндре с поршнем, при этом давление газа поддерживается постоянным. Поршень поднимается равномерно и медленно. 𝐹 = 𝐹 ’.
  𝐹 ’= pS, где р- давление газа, S – площадь поверхности поршня.
  При подъёме поршня на малое расстояние ∆h = ℎ 2 - ℎ 1 работа газа равна:
  A’ = F’ ∆h = pS( ℎ 2 - ℎ 1 ) = p(S ℎ 2 - S ℎ 1 ).
  Начальный объём, занимаемый газом, V₁ = S ℎ 1 , а конечный V₂ = S ℎ 2 . Поэтому можно выразить работу газа через изменение объёма ∆V = (V₂ - V₁ ):
  A’ = p (V₂ - V₁ ) = p ∆V > 0.
  При расширении газ совершает положительную работу, так как
  направление силы и направление перемещения поршня совпадают.
  

• 4 слайд

  Работа внешней силы
  Если газ сжимается, то формула для работы газа остаётся справедливой. Но теперь V₂ < V₁ , и поэтому А < 0.
  Работа А, совершаемая внешними телами над газом, отличается иот работы А’ самого газа только знаком:
  A = -A’ = - p ∆V .
  При сжатии газа, когда ∆V=V₂ - V₁ < 0, работа внешней силы оказывается положительной. Так и должно быть: при сжатии газа направления силы и перемещения точки её приложения совпадают.
  Если давление не поддерживать постоянным, то при расширении газ теряет энергию и передаёт её окружающим телам: поднимающемуся поршню, воздуху и т.д. Газ при этом охлаждается. При сжатии газа, наоборот, внешние тела передают ему энергию и газ нагревается.
  

• 5 слайд

  Геометрическое истолкование работы
  При постоянном давлении график зависимости давления газа от занимаемого им объёма – прямая, параллельная оси абсцисс. Очевидно, что площадь прямоугольника abcd, ограниченная графиком р 1 = const, осью V и отрезками ab и cd, равными давлению газа, численно равна работе, определяемой формулой:
  A’ = р 1 (V₂ - V₁ ) = 𝑎𝑏 · 𝑎𝑐 .
  В общем случае давление газа не остаётся неизменным. Например, при изотермическом процессе оно убывает обратно пропорционально объёму. Работа по-прежнему численно равна площади фигуры, ограниченной графиком зависимости p(V).
  

• 6 слайд

  Упражнения
  А1
  А = p ∆V = 105*2*10-3 = … Дж.
  А2
  A =νR∆T = 6*8,31*50 = ….. Дж.
  А3
  A = p ∆V = 2*103 *(8-6) = … Дж.
  

• 7 слайд

  Упражнения
  А4.
  Участок 1-2: A = p ∆V = 2*10⁵*0,1 =… Дж. 2-3: A = 0.
  A5.
  Площадь трапеции …… самостоятельно!
  

• 8 слайд

  Упражнения
  В сосуде с небольшой трещиной находится газ, который может просачиваться сквозь трещину. Во время опыта давление газа уменьшилось в 8 раз, а его абсолютная температура уменьшилась в 4 раза при неизменном объёме. Во сколько раз изменилась внутренняя энергия газа в сосуде? (Газ считайте идеальным.)
  В координатах р, Т показан цикл тепловой машины, у которой рабочим телом является идеальный газ. На каком участке
  цикла работа газа наибольшая по модулю?( самостоятельно).
  1.
  V – const, p2 = p1/8, T2=T1/4. Находим отношение р2/Т2 =1/2, значит масса газа уменьшилась в 2 раза. Температура уменьшилась в 4 раза → U уменьшилась в 8 раз.
  
  

• 9 слайд

  Домашнее задание
  1. Как изменится внутренняя энергия одноатомного идеального газа, если его давление увеличится в 3 раза, а объём уменьшится в 2 раза?
  2. Стержень отбойного молотка приводится в движение сжатым воздухом. Масса воздуха в цилиндре за время хода поршня меняется от 0,1 до 0,5 г. Считая давление воздуха в цилиндре и температуру (27 °С) постоянными, определите работу газа за один ход поршня (Мвозд = 0,029 кг/моль).
  3. При изобарном расширении одноатомного газа, взятого в количестве 4 моль, его температура увеличилась на 100 °С. Определите изменение внутренней энергии и работу, совершённую силой давления газа.
  4. Объём идеального одноатомного газа, масса которого постоянна, увеличился при постоянном давлении 500 кПа на 0,03 м3. На сколько увеличилась внутренняя энергия газа?
  5. Идеальный одноатомный газ находится в сосуде с жёсткими стенками объёмом 0,5 м3. При нагревании его давление
  возросло на 4 кПа. На сколько увеличилась внутренняя энергия газа?
  

• 10 слайд

  Использованные ссылки
  https://theslide.ru/uncategorized/rabota-v-termodinamike-2
  http://easyfizika.ru/wp-content/uploads/2016/07/Shema-k-resheniyu-zadachi.png