Урок "Внутрішня енергія тіл. Закони термодинаміки. Теплові машини."

Внутрішня енергія тіл. Закони термодинаміки. Теплові машини.

Внутрішня енергія тіла – це сума енергій всіх атомів і молекул, з яких складається тіло. Атоми і молекули рухаються – отже, мають кінетичну енергію. Атоми і молекули взаємодіють – отже, мають потенціальну енергію. Сума кінетичних енергій руху і потенціальних енергій взаємодії всіх атомів і молекул тіла – це внутрішня енергія тіла

Внутрішня енергія тіла залежить від:1. Маси2. Речовини3. Агрегатного стану4. Температури

Кількість теплоти

Кількість теплоти при нагріванні тіла:с- питома теплоємність речовини, беремо з таблиці для даної речовини або

Кількість теплоти при плавленні і кристалізаціїλ – питома теплота плавлення речовини, беремо з таблиці для даної речовини (Дж/кг)

Кількість теплоти, яка виділяється при згорянні паливаq – питома теплота згоряння палива беремо з таблиці для даного виду палива (Дж/кг)

Повторення

Внутрішня енергія ідеального одноатомного газу. U – внутрішня енергія (Дж)m – маса газу (кг)M – молярна маса газу (кг/моль)R – універсальна газова стала R=8,31 T – температура в Кельвінах (t+273=Т)

Перший закон термодинаміки.- робота зовнішніх сил над системою.- робота системи над зовнішніми тілами.

1. Ізотермічний процес.(внутрішня енергія газу не змінюється). . Уся передана газу кількість теплоти витрачається на виконання роботи. Якщо , то . Якщо , то , але .

2. Ізобарний процес.

3. Ізохорний процес.

4. Адіабатний процес. Процес у теплоізольованій системі називають адіабатним.

ІІ закон термодинаміки Неможливо перевести тепло від холоднішої системи до гарячішої, якщо не відбуваються інші одночасні зміни в обох системах або в навколишніх тілах. Двигун, що міг би працювати тільки за рахунок охолодження холодного тіла, називають «вічним двигуном другого роду.»АБО

Теплови́й двигу́н — машинадля перетворення теплової енергіїв механічну роботу.

Принцип роботи: Тепловий двигун і є посередником між нагрівачем і холодильником. Основним елементом теплового двигуна є робоча речовина. РОБОЧА РЕЧОВИНА  отримує тепло від нагрівача, переходить до холодильника і віддає там частину цього тепла. Охолоджена робоча речовина повертається до нагрівача, і так починається наступний цикл. В залежності від того в яких умовах відбувається отримання і передача тепла виділяють різні робочі цикли теплових двигунів. Вводять поняття коефіцієнта корисної дії (ККД) — частка теплової енергії перетворена у механічну енергію.

Схема теплового двигуна

ККД теплового двигуна:

Цикл Карно. Цикл Карно́ — цикл роботи теплового двигуна. Цикл складається з чотирьох стадій:- Робоча речовина нагрівається за сталої температури (ізотермічний процес).- Робоча речовина розширюється за сталої ентропії  (адіабатний процес).- Робоча речовина охолоджується за сталої температури (ізотермічний процес).- Робоча речовина стискається за сталої ентропії (адіабатний процес)

Теплові двигуни та проблеми охорони навколишнього середовища ¾  виведення в навколишнє середовище значної кількості теплоти, що призводить до поступового підвищення середньої температури на землі, а це в свою чергу становить загрозу танення льодовиків і катострофічного підвищення рівня Світового океану;¾ збільшення в атмосфері кількості вуглекислого газу (СО2), що призводить до виникнення парникового ефекту;¾ топки теплових електростанцій, ДВС автомобілів безперервно викидають в атмосферу шкідливі для тварин, рослин і людей речовини: сірчисті сполуки, оксиди азоту, вуглеводні, оксид вуглецю СО;¾ на атомних електростанціях постає проблема захоронення небезпечних радіоактивних відходів;¾ застосування парових турбін на електростанціях потребує відведення великих площ під ставки, в яких охолоджується відпрацьована пара.

Шляхи підвищення ККД:- збільшуючи T нагрівника;- зменшуючи T холодильника.

1 тона бензину виділяє 500-800 кг шкідливии речовин. В атмосферу кожний день викидається5 млрд. тон СО2. В склад вихлопних газіввходит 1200 компонентів, в тому числі оксиди вуглецю, азоту, свинцю и т. д. Інформація для роздумів

Закріплення матеріалу. Вибрати правильні формули:

При яких умовах за рахунок внутрішньої енергії може бути виконана максимальна робота?

Виконуємо самостійно ... Під час згоряння палива в тепловому двигуні було отримано 200 к. Дж теплоти, а холодильнику передано 120 к. Дж теплоти. Який ККД теплового двигуна?

Який ККД теплового двигуна, якщо робоче тіло, після отримання від нагрівача кількість теплоти 1,6 МДж, виконало роботу 400 к. Дж? Яка кількість теплоти передана холодильнику?

Питання для самоперевірки: Від яких фізичних величин залежить внутрішня енергія тіла?Назвіть види теплообміну та наведіть приклади. Сформулюйте перший закон термодинаміки. Сформулюйте другий закон термодинаміки.

Домашнє завдання: Опрацювати презентацію. Вміти відповідати на питання самоконтролю. Розв’язати задачі: Яку кількість теплоти потрібно передати газу, щоб його внутрішня енергія збільшилась на 45 к. Дж і при цьому газ виконав роботу 65 к. Дж?