До уроку «Перший закон термодинаміки. Застосування першого закону термодинаміки до ізопроцесів»

 

ПЕРШИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ. ЗАСТОСУВАННЯ ПЕРШОГО ЗАКОНУ ТЕРМОДИНАМІКИ ДО ІЗОПРОЦЕСІВ

 

Перший закон термодинаміки – це закон збереження енергії для теплових процесів.

 

• Зміна внутрішньої енергії системи дорівнює сумі роботи А, виконаної над системою зовнішніми силами, і наданої їй кількості теплоти .

Або 

• Кількість теплоти , що надана системі, йде на збільшення її внутрішньої енергії і виконання системою роботи. А' проти зовнішніх сил                                                 

 

Застосування І закону термодинаміки до різних процесів

 

 

 

 

 

 

Ізохорний процес V = const m= const	ізобарний процес p = const m= const	ізотермічний процес Т= const, m= const	Адіабатний процес Q = 0
ΔV=0	Δp=0	ΔT=0
A = 0		ΔU=0
Q = ΔU	Q = ΔU + A	Q = A	А = - ΔU
	A = pΔV

 

При розвязанні задач використовуємо:

При Р=соnst:      

Для одноатомного газу

 

Для двоатомного газу  

Приклади розв’язання задач

 

Задача 1.   Як зміниться внутрішня енергія 640 г кисню при охолодженні його на 100К?

 

Дано: = 640 г	Кисень є двоатомним газом, тож зміну внутрішньої енергії знайдемо за формулою: , де R=8,31

 

 

Задача 2.   При температурі 280 К і тискові газ займає об’єм . Яка робота виконана над газом по збільшенню його об’єму, якщо газ нагріто до 420 К при сталому тискові?

 

 

Дано: P=const	при сталому тискові роботу газу можно знайти  за формулою:   A = знайдемо з рівняння ізобарного процесу:   тоді

 

 

Задача 3.   Кисень масою 160г нагріто ізобарно на 100К. Визначити роботу, яку  виконано над газом при збільшенні його об’єму і змінення внутрішньої енергії цього газу.

 

Дано: = 160 г P=const	при сталому тискові роботу газу можно знайти  за формулою:     A = ,   ,  R=8,31

 

Задача 4.   На скільки змінилася внутрішня енергія газу, що виконав роботу 60 кДж, одержавши кількість теплоти 95 кДж?

 

Дано:	із першого закону термодинаміки знаходимо:

 

 

Задача 5.   Яку кількість теплоти потрібно передати газу, щоб його внутрішня енергія збільшилася на 15 Дж і при цьому газ виконав роботу 25Дж?

Дано:

Задача 6. Чотири моля азоту нагріто при постійному тиску на 100 К. Визначити роботу розширення, змінення внутрішньої енергії газу і кількість теплоти, яку передано газу.

 

Дано: P=const	A = ,   ,  R=8,31 A =

 

Самостійна робота

 

Варіант 1

 

1.  Над газом було виконано роботу 60 Дж, при цьому його внутрішня енергія збільшилася на 25 Дж. Отримав чи віддав тепло газ у цьому процесі? Яку саме кількість теплоти?
2. При ізохорному процесі газові передали теплоти. Розрахувати зміну внутрішньої енергії і роботу по розширенню газу.
3. При ізобарному розширенні 20 г водню його об’єм збільшився в двічі. Початкова температура газу 300 К. Визначити роботу розширення газу, зміну внутрішньої енергії і кількість теплоти, яку передано газу.
4. Для ізобарного нагрівання 150 моль газу на 100 К йому передали кількість теплоти 550 кДж. Яку роботу виконав газ? Яка зміна його внутрішньої енергії?

 

 

 Варіант 2

 

1. Газові при повільному ізотермічному процесі передано теплоти. Яку роботу виконав газ? Що відбувається з його об’ємом?
2. Газ ізобарно збільшився в об’ємі в три рази при тискові . Визначити початковий об’єм газу, якщо на збільшення його об’єму виконали роботу 12,9 кДж.
3.  На скільки змінилася внутрішня енергія газу, що виконав роботу 45кДж, одержавши кількість теплоти 80 кДж?
4. Двоатомному газові надано 25 кДж теплоти. При цьому газ розширився при сталому тискові. Визначити роботу розширення газу і змінення його внутрішньої енергії.

 

Варіант 3

 

1. Один кілограм кисню ізобарно нагріто від 268 до 400 К. Визначити роботу, яку виконано над газом при збільшенні його об’єму і зміну внутрішньої енергії цього газу.
2. Визначити початкову температуру 0,56 кг азоту, якщо при ізобарному нагріванні до 370 К виконана робота 16,62 кДж на збільшення об’єму.
3. Газ при адіабатному процесі виконав роботу . Як змінилась його внутрішня енергія? Що відбувалось з газом ( охолодження чи нагрівання)?
4. При ізобарному розширенні двоатомного газу при тискові його об’єм збільшився на . Визначити роботу розширення газу, змінення його внутрішньої енергії і кількість теплоти, яку передано газу.

 

 

 

Варіант 4

 

1. Визначити змінення внутрішньої енергії 10 кг кисню при охолодженні від 358 до 273К.
2. Визначити початкову температуру 560г азоту, якщо при ізобарному нагріванні до 370 К виконана робота 16,62 кДж на збільшення його об’єму.
3. При  адіабатному стисканні 5 моль одноатомного газу його температура підвищилась на 20 К. Яку роботу виконано ад газом?
4. Двоатомному газові надано 14 кДж теплоти. При цьому газ розширився при сталому тискові. Визначити роботу розширення газу і змінення його внутрішньої енергії.