Перший закон термодинаміки. Теплові двигуни. Охорона навколишнього середовища.

Термодинаміка

План1. Внутрішня енергія. Перший закон термодинаміки 2. Теплові двигуни, холодильники та кондиціонери3. Необоротність теплових процесів. Охорона навколишнього середовища

ВНУТРІШНЯ ЕНЕРГІЯ. ПЕРШИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ1. Що називають внутрішньою енергією?Суму кінетичної енергії хаотичного руху всіх частинок, що входять до складу даного тіла, і потенціальної енергії їх взаємодії.2. У яких процесах і як може змінюватися внутрішня енергія? 1. ВНУТРІШНЯ ЕНЕРГІЯ

Розглянемо У яких процесах і як може змінюватися внутрішня енергія?ВНУТРІШНЯ ЕНЕРГІЯ. ПЕРШИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ{5361 F251-9 FA5-41 EE-BAA6-1 B607 B1 A3 B1 C}1. Під час зміни температури тіла змінюється кінетична енергія хаотичного руху атомів і молекул, а також потенціальна енергія взаємодії атомів і молекул (наприклад, через зміну об’єму тіл, а отже, і відстані між молекулами).2. Під час хімічних реакцій (наприклад, горіння або вибуху) та зміни агрегатного стану речовини (наприклад, під час переходу з рідкого стану у твердий чи газоподібний) змінюється потенціальна енергія атомів, що входять до складу молекул. 3. Під час ядерних реакцій змінюється потенціальна енергія частинок, що входять до складу атомного ядра.1. ВНУТРІШНЯ ЕНЕРГІЯ

ВНУТРІШНЯ ЕНЕРГІЯ. ПЕРШИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИПриклади змін внутрішньої енергії1. Нагрівання та охолодження2. Плавлення і кристалізація 3. Випаровування і конденсація4. Хімічні реакції, що проходять з виділенням тепла5. Ядерні реакції{5361 F251-9 FA5-41 EE-BAA6-1 B607 B1 A3 B1 C}1. Унаслідок зміни температури змінюється кінетична енергія хаотичного руху молекул, а в рідині та твердому тілі — також і потенціальна енергія взаємодії молекул.2. Під час руйнування або утворення кристалічних ґраток змінюється потенціальна енергія взаємодії атомів чи молекул.3. Під час розриву або утворення зв’язків між молекулами змінюється потенціальна енергія їхньої взаємодії.4. Під час перебудови молекул відбувається перетворення потенціальної енергії взаємодії атомів у кінетичну енергію хаотичного руху молекул.5. Під час поділу або синтезу атомних ядер відбувається перетворення потенціальної енергії взаємодії частинок, що входять до складу атомного ядра, у кінетичну енергію хаотичного руху частинок і енергію випромінювання.1. ВНУТРІШНЯ ЕНЕРГІЯ

ВНУТРІШНЯ ЕНЕРГІЯ. ПЕРШИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИСпособи зміни внутрішньої енергії2. ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ ЕНЕРГІЇ В ТЕПЛОВИХ ЯВИЩАХ За допомогою теплопередачі, тобто без виконання роботи (унаслідок контакту з тілом іншої температури);За допомогою виконання роботи. Міру зміни внутрішньої енергії в процесі теплопередачі називають кількістю теплоти і позначають (Q). Кількість теплоти вимірюють у джоулях.

ВНУТРІШНЯ ЕНЕРГІЯ. ПЕРШИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИПерший закон термодинаміки2. ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ ЕНЕРГІЇ В ТЕПЛОВИХ ЯВИЩАХ Закон збереження енергії для теплових явищ називають першим законом термодинаміки. зміна внутрішньої енергії тіла дорівнює сумі кількості теплоти, переданого тілу, і роботи, виконаної над тілом. ∆U=Q+AQ – кількість теплоти (Дж)∆U – зміна внутрішньої енергії (Дж)A – робота (Дж)кількість теплоти, передана тілу, дорівнює сумі зміни внутрішньої енергії тіла і роботи, виконаної тілом. Q=∆U+A

ВНУТРІШНЯ ЕНЕРГІЯ. ПЕРШИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИПриклади застосування Першого закону термодинаміки2. ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ ЕНЕРГІЇ В ТЕПЛОВИХ ЯВИЩАХ {5361 F251-9 FA5-41 EE-BAA6-1 B607 B1 A3 B1 C}Ізохорний процес. Якщо газ нагрівається чи охолоджується за незмінного об’єму (наприклад, у товстостінному металевому балоні), він не рухає поршень, тобто не виконує роботу. Отже, внутрішня енергія газу змінюється тільки завдяки теплопередачі.Ізотермічний процес. Внутрішня енергія газу залежить тільки від температури і тому під час ізотермічного процесу не змінюється. Тому з першого закону термодинаміки випливає, що під час ізотермічного процесу. Якщо газ розширяється, він виконує додатну роботу, яка дорівнює, як ми бачимо, кількості теплоти, яку він одержує (через стінки посудини). Адіабатний процес. Ви, можливо, помічали, що під час накачування велосипедної камери насос нагрівається. Відбувається це головним чином тому, що, стискуючи газ, ми виконуємо над ним роботу, збільшуючи його внутрішню енергію а отже, і температуру. Процес, що відбувається без теплопередачі, називають адіабатним.Ізобарний процес. Розширяючись, газ виконує роботу. Згідно із законом Гей-Люссака під час ізобарного розширення температура газу збільшується, а отже, збільшується і його внутрішня енергія. Тоді з першого закону термодинаміки газ може розширюватися ізобарно тільки за умови, що йому надають певну кількість теплоти.

ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ, ХОЛОДИЛЬНИКИ ТА КОНДИЦІОНЕРИТепловий двигун - машина, призначена для перетворення теплової енергії на механічну роботу. Широке застосування теплових двигунів стало можливим завдяки відкриттям учених і винаходам інженерів. Серед учених слід особливо відзначити французького вченого Карно, який розробив першу теорію теплових двигунів, а серед інженерів — англійського винахідника Ватта, ім’ям якого названа одиниця потужності ват.1. ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ

ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ, ХОЛОДИЛЬНИКИ ТА КОНДИЦІОНЕРИПеретворення енергії під час роботи теплового двигуна. У теплових двигунах хімічна енергія палива перетворюється на механічну енергію. Це здійснюється у два етапи:1. ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ{5361 F251-9 FA5-41 EE-BAA6-1 B607 B1 A3 B1 C}1) Унаслідок згоряння палива хімічна енергія (потенціальна енергія взаємодії атомів) перетворюється в кінетичну енергію хаотичного руху молекул. При цьому нагрівається певна маса газу, яку називають робочим тілом.2) Газ (робоче тіло) розширюється, виконуючи роботу (зазвичай рухаючи поршень). При цьому газ охолоджується, тобто кінетична енергія хаотичного руху молекул перетворюється на механічну енергію.

ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ, ХОЛОДИЛЬНИКИ ТА КОНДИЦІОНЕРИКорисна робота теплового двигуна. У тепловому двигуні відбувається перетворення внутрішньої енергії в механічну енергію. Отже, необхідно мати систему, за рахунок внутрішньої енергії якої відбувалася б механічна робота.1. ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ

ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ, ХОЛОДИЛЬНИКИ ТА КОНДИЦІОНЕРИТе, що холодильник охолоджує продукти, які розміщено в ньому, відомо всім, а от те, що при цьому він нагріває повітря в приміщенні, де він перебуває, знає далеко не кожний. Як же холодильник може нагрівати повітря — хіба в нього є гарячі частини? Так: це або трубки теплообмінника на задній стінці, або самі бічні стінки (у сучасних моделях). Холодильник передає тепло від менш нагрітого тіла (холодних продуктів у холодильній камері) більш нагрітому тілу (повітрю в приміщенні). Розширюючись за низької температури, газ відбирає тепло від більш холодного тіла, а стискуючись за високої температури, він віддає тепло більш нагрітому тілу.2. ХОЛОДИЛЬНИКИ ТА КОНДИЦІОНЕРИ

ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ, ХОЛОДИЛЬНИКИ ТА КОНДИЦІОНЕРИКондиціонер2. ХОЛОДИЛЬНИКИ ТА КОНДИЦІОНЕРИКондиціонер. Якщо відкриту холодильну камеру холодильника залишити усередині кімнати, а гарячі трубки теплообмінника винести назовні, то холодильна камера відбиратиме тепло від повітря в кімнаті, а гарячі трубки теплообмінника віддаватимуть тепло зовнішньому повітрю. У результаті кімната охолоджуватиметься, а зовнішнє повітря — трохи нагріватиметься. Саме так і працює кондиціонер

НЕОБОРОТНІСТЬ ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСІВ. ОХОРОНА НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩАОборотні та необоротні процеси1. НЕОБОРОТНІСТЬ ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСІВСеред явищ, що відбуваються навколо нас, є такі, що можуть протікати практично однаково як у прямому, так і у «зворотному» напрямі в часі — як у фільмі, що показують у зворотному порядку (від кінця до початку). Такі явища називають оборотними. Явища ж, що можуть протікати тільки в одному напрямі, називають необоротними. Необоротними є практично всі процеси, що відбуваються в природі.

НЕОБОРОТНІСТЬ ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСІВ. ОХОРОНА НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩАМеханічні та теплові явища.1. НЕОБОРОТНІСТЬ ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСІВПрактично оборотними є механічні явища, у яких дуже мала роль тертя: прикладами можуть служити коливання вантажу на нитці або пружині. Якщо зняти такі явища, а потім показувати фільм у зворотному порядку, глядачі не помітять «оберненості часу»: їм здаватиметься, що вони спостерігають реальний процес. Серед теплових явищ також є оборотні. Наприклад, під час адіабатного стиснення або розширення газу (тобто за відсутності теплопередачі) газ поводиться подібно пружині: якщо натиснути на поршень, під яким міститься газ у теплоізольованій циліндричній посудині, а потім відпустити поршень, він почне коливатися — як вантаж, що підвішено до пружини. Однак ті теплові явища, у яких істотну роль відіграє теплопередача, явно необоротні, тому що потік тепла спрямований завжди в один бік — від гарячого тіла до холодного.

НЕОБОРОТНІСТЬ ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСІВ. ОХОРОНА НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩАЕнергетична криза2. ЕНЕРГЕТИЧНА ТА ЕКОЛОГІЧНА КРИЗИ«Енергетичну кризу», тобто недостатність енергії для подальшого розвитку промислового виробництва, вважають сьогодні однією з найбільш гострих проблем людства.енергетична криза є наслідком необоротності процесів, що відбуваються в природі і техніці. Ми бачили, що під час роботи теплових двигунів хімічна енергія палива перетворюється на механічну енергію. Це перетворення енергії є необоротним, а запаси палива на нашій планеті постійно зменшуються: наприклад, розвіданих запасів нафти за нинішнього темпу її використання вистачить усього на кілька десятиліть. А темп використання палива продовжує зростати!

НЕОБОРОТНІСТЬ ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСІВ. ОХОРОНА НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩАЕкологічна криза2. ЕНЕРГЕТИЧНА ТА ЕКОЛОГІЧНА КРИЗИДруга, не менш серйозна проблема, що стоїть перед людством, — це «екологічна криза». Величезні масштаби перетворення енергії вже почали чинити «планетарний» вплив на клімат Землі та склад атмосфери. Теплове забруднення зростає тому, що внаслідок згоряння величезної кількості палива підвищується концентрація вуглекислого газу в земній атмосфері, а за великої концентрації вуглекислого газу атмосфера не «випускає» у космічний простір теплове випромінювання нагрітої Сонцем поверхні Землі. У результаті виникає «парниковий ефект», тобто температура підвищується ще більше. Це загрожує глобальним потеплінням з дуже небажаними наслідками, до яких належать кліматичні катастрофи, танення льодовиків і підняття рівня світового океану. Крім того, унаслідок спалювання палива в теплових двигунах витрачається необхідний для життя атмосферний кисень, а також утворюються шкідливі речовини, що забруднюють атмосферу.

НЕОБОРОТНІСТЬ ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСІВ. ОХОРОНА НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩАОхорона навколишньго середовища2. ЕНЕРГЕТИЧНА ТА ЕКОЛОГІЧНА КРИЗИЩоб зменшити негативні наслідки роботи теплових двигунів, вчені та інженери діють у двох напрямах: з одного боку, удосконалюють ці двигуни, підвищуючи їхній ККД і зменшуючи викиди шкідливих речовин, з другого боку — використовують енергозберігаючі технології. У країнах, де ці технології широко застосовуються, споживання енергії на виробництво тієї самої продукції (наприклад, одного автомобіля) у кілька разів нижче, ніж у країнах, де енергозберігаючим технологіям поки що не приділяють належної уваги.

Дякую за Увагу