Термодинамика

Цель занятия: применение теоретических знаний для решения задач.

Подготовка к занятию: лекции № 32–34. Касьянов В.А. Физика-10 § 45-49.

В-1

Задание на занятие:

1. Может ли повыситься температура газа без его нагревания, т.е. без теплопередачи?

2. Рассчитать изменение внутренней энергии воздуха массой 5 кг при нагревании от 10 до 30 . Молярную массу воздуха следует принять равной 4 г/моль.

3. Найдите работу идеального газа при изобарном расширении от начального объёма 10 л до конечного 15 л, если давление газа 10⁴ Па постоянно. Вычислите изменение внутренней энергии газа.

4. Водород массой 20 г нагревается изобарно от температуры 300 К до температуры 350 К. Какую работу совершает газ при этом нагревании? Найдите изменение его внутренней энергии в результате этого процесса.

5. С какой скоростью (в м/с) должна лететь свинцовая пуля, чтобы расплавиться при ударе о стену? Температура летящей пули 120 °С. Считать, что всё количество теплоты, выделившееся при ударе, пошло на нагревание и плавление пули. Удельная теплоемкость и удельная теплота плавления свинца равны соответственно 126 Дж/(кг•°С) и 300 кДж/кг. Температура плавления свинца равна 327 °С.

6. В идеальной тепловой машине за счёт каждого килоджоуля энергии, получаемой от нагревателя, совершается работа 400 Дж. Определите КПД машины и температуру нагревателя, если температура холодильника 300 К.

7. Какое количество теплоты было подведено к идеальному газу, если работа, совершаемая газом при изобарном расширении, составляет 3,8 кДж?

8. Газ переводится из состояния 1 в состояние 2 двумя различными способами: 1-а-2; 1-б-2.

а) В каком из этих случаев совершается большая работа? Во сколько раз отличаются работы?

б) Какому состоянию газа соответствует наименьшая температура?

В-2

Задание на занятие:

1. Почему для изобарного нагревания газа требуется большее количество теплоты, чем для изохорного на столько же Кельвин?

2. Рассчитать изменение внутренней энергии гелия массой 7 кг при нагревании от 23 до 50 .

3. Для изобарного нагревания газа, количество которого равно 830 моль, на 750 К газу сообщили количество теплоты, равное 6,5 МДж. Определите работу газа и изменение его внутренней энергии.

4. Найдите работу идеального газа при изобарном сжатии от начального объёма 40 л до конечного 15 л, если давление газа 10⁴ Па постоянно. Вычислите изменение внутренней энергии газа.

5. С какой высоты должен упасть кусок льда, имеющий температуру -1 , чтобы при ударе о землю он полностью расплавился? Удельная теплоемкость и удельная теплота плавления льда равны соответственно 2100 Дж/(кг•°К) и 332 кДж/кг. Температура плавления льда равна 0 °С.

6. Какое количество теплоты получил азот массой 6 г при изобарном нагревании на 100К?

7. В идеальной тепловой машине за счёт каждого килоджоуля энергии, получаемой от нагревателя, совершается работа 600 Дж. Определите КПД машины и температуру нагревателя, если температура холодильника 200 К.

8. При изобарном нагревании объем гелия увеличился в 3 раза

(см.рис.). Какую работу совершил газ? Какое количество теплоты ему передано? Масса гелия 12 г, начальная температура равна -123 °C.

Содержание отчёта:

1. Записать наименование и цель занятия.

2. Ответить на контрольные вопросы и получить допуск к работе.

3. Выполнить задания.

Контрольные вопросы:

1. Как рассчитать значение внутренней энергии идеального газа?

2. Записать формулу работы идеального газа при изобарном нагревании?

3. Как рассчитать количество теплоты нагревания, плавления, парообразования?

4. Сформулируйте первый закон термодинамики.

5. Сформулируйте второй закон термодинамики.

6. Записать формулу для расчёта КПД тепловой машины.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Термодинамика — наука о наиболее общих свойствах макроскопических физических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия и о процессах перехода между этими состояниями.

Внутренняя энергия тела - это суммарная кинетическая энергия движения молекул тела и потенциальная энергия их взаимодействия.

· Для идеального газа :

· Для реального газа :

Количество теплоты- часть внутренней энергии, теряемой или приобретаемой телом при теплопередаче.

Нагревание (охлаждение):

Плавление (отвердевание):

Парообразование (конденсация):

Горение топлива:

Работа в термодинамике- процесс изменения внутренней энергии системы, связанный с перемещением ее частей друг относительно друга.

· Изохорный процесс (1):

· Изобарный процесс (2):

· Изотермический процесс (3):

Первый закон термодинамики:

Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе: