Основы термодинамики Выполнил студент 2-го курса Фалилеев Олег

СОДЕРЖАНИЕ ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ РАБОТА В ТЕРМОДИНАМИКЕРАБОТА В ТЕРМОДИНАМИКЕ КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫКОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. КПДПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. КПД _________ ТЕРМОДИНАМИКА – ТЕОРИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ, В КОТОРОЙ НЕ УЧИТЫВАЕТСЯ МОЛЕКУЛЯРНОЕ СТРОЕНИЕ ТЕЛ.

ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЕ : ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ ТЕЛА – ЭТО СУММА КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ХАОТИЧЕСКОГО ТЕПЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦ ( АТОМОВ И МОЛЕКУЛ ) ТЕЛА И ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОБОЗНАЧЕНИЕ : U ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ : [ ДЖ ]

ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ ИДЕАЛЬНОГО ОДНОАТОМНОГО ГАЗА число молекул кинетическая энергия одной молекулы (N A k = R)

ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ ИДЕАЛЬНОГО ОДНОАТОМНОГО ГАЗА

ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ ИДЕАЛЬНОГО ДВУХАТОМНОГО ГАЗА

ТАК КАК - уравнение Клапейрона – Менделеева, то внутренняя энергия: - для одноатомного газа - для двухатомного газа.

В ОБЩЕМ ВИДЕ : где i – число степеней свободы молекул газа (i = 3 для одноатомного газа и i = 5 для двухатомного газа)

ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ ТЕЛА Δ U СОВЕРШЕНИЕ РАБОТЫ А НАД САМИМ ТЕЛОМ Δ U Δ U ТЕПЛООБМЕН Q теплопроводность конвекция излучение

РАБОТА В ТЕРМОДИНАМИКЕ РАБОТА ГАЗА : РАБОТА ВНЕШНИХ СИЛ :

РАБОТА ГАЗА ПРИ ИЗОПРОЦЕССАХ ПРИ ИЗОХОРНОМ ПРОЦЕССЕ (V=CONST): Δ V = 0 РАБОТА ГАЗОМ НЕ СОВЕРШАЕТСЯ : P V Изохорное нагревание

ПРИ ИЗОБАРНОМ ПРОЦЕССЕ ( Р =CONST): P V V1V1 V2V2 P Изобарное расширение 12

ПРИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ ( Т =CONST): P V Изотермическое расширение Р2Р2 1 2 V1V1 V2V2

ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ ИСТОЛКОВАНИЕ РАБОТЫ : РАБОТА, СОВЕРШАЕМАЯ ГАЗОМ В ПРОЦЕССЕ ЕГО РАСШИРЕНИЯ ( ИЛИ СЖАТИЯ ) ПРИ ЛЮБОМ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ, ЧИСЛЕННО РАВНА ПЛОЩАДИ ПОД КРИВОЙ, ИЗОБРАЖАЮЩЕЙ ИЗМЕНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ГАЗА НА ДИАГРАММЕ ( Р,V). P V V1V1 V2V2 P P V Р2Р2 1 2 V1V1 V2V2 S S Р1Р1

КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ – ЧАСТЬ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ, КОТОРУЮ ТЕЛО ПОЛУЧАЕТ ИЛИ ТЕРЯЕТ ПРИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ Процесс формула Нагревание или охлаждение С – удельная теплоёмкость вещества [ Дж/кг 0 К], m – масса [кг], ΔT – изменение температуры [ 0 K]. Кипение или конденсация r – удельная теплота парообразования [ Дж/кг ] Плавление или кристаллизация λ- удельная теплота плавления вещества [ Дж/кг ] Сгорание топлива q – удельная теплота сгорания топлива [ Дж/кг ]

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ СИСТЕМЫ ПРИ ПЕРЕХОДЕ ЕЁ ИЗ ОДНОГО СОСТОЯНИЯ В ДРУГОЕ РАВНО СУММЕ РАБОТЫ ВНЕШНИХ СИЛ И КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛОТЫ, ПЕРЕДАННОГО СИСТЕМЕ КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ, ПЕРЕДАННОЕ СИСТЕМЕ, ИДЁТ НА ИЗМЕНЕНИЕ ЕЁ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ И НА СОВЕРШЕНИЕ СИСТЕМОЙ РАБОТЫ НАД ВНЕШНИМИ ТЕЛАМИ

ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРВОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ К РАЗЛИЧНЫМ ПРОЦЕССАМ Процесс Постоянный параметр Первый закон термодинамики ИзохорныйV = const ΔU = Q ИзотермическийТ = const Q = A' ИзобарныйР = const Q = ΔU + A' АдиабатныйQ = const ΔU = -A'

ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ 18 Второй з-н термодинамики указывает направление возможных энергетических превращений и тем самым выражает необратимость процессов в природе. Формулировка Р. Клаузиуса: невозможно перевести тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии одновременных изменений в обеих системах или окружающих телах. Формулировка У. Кельвина: невозможно осуществить такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы получение работы за счет теплоты, взятой от одного источника. Невозможен тепловой вечный двигатель второго рода, т.е. двигатель, совершающий механическую работу за счет охлаждения какого-либо одного тела.

ПРОЦЕССЫ, ЗАПРЕЩАЕМЫЕ 1 ЗАКОНОМ ТЕРМОДИНАМИКИ 19 Циклически работающие тепловые машины, запрещаемые первым законом термодинамики: 1 – вечный двигатель 1 рода, совершающий работу без потребления энергии извне; 2 – тепловая машина с коэффициентом полезного действия η > 1

ПРОЦЕССЫ, ЗАПРЕЩАЕМЫЕ 2 ЗАКОНОМ ТЕРМОДИНАМИКИ 20 Процессы, не противоречащие первому закону термодинамики, но запрещаемые вторым законом: 1 – вечный двигатель второго рода; 2 – самопроизвольный переход тепла от холодного тела к более теплому (идеальная холодильная машина)

Тепловые двигатели – устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую. Виды тепловых двигателей

Принцип действия тепловых двигателей Т 1 – температура нагревателя Т 2 – температура холодильника Q 1 – количество теплоты, полученное от нагревателя Q 2 – количество теплоты, отданное холодильнику

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя – отношение работы А, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

где -работа, совершаемая двигателем тогда КПД всегда меньше единицы, так как у всех двигателей некоторое количество теплоты передаётся холодильнику При двигатель не может работать

Максимальное значение КПД тепловых двигателей (цикл Карно):

Отрицательные последствия использования тепловых двигателей: Потепление климата Загрязнение атмосферы Уменьшение кислорода в атмосфере Решение проблемы: Вместо горючего использовать сжиженный газ. Бензин заменить водородом. Электромобили. Дизели. На тепловых электростанциях использовать скрубберы, в которых сера связывается с известью. Сжигание угля в кипящем слое. ДвигательКПД, % Паровая машина 1 Паровоз 8 Карбюрато- рный двигатель Газовая турбина 36 Паровая турбина Ракетный двигатель на жидком топливе 47 КПД тепловых двигателей

Литература 1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.,Сотский Н.Н. Физика 10 класс. – М.: Просвещение, – 365 с. 2. Касьянов В.А. Физика 10 класс. – М.: Дрофа, – 410 с. 3. Волков В.А. Поурочные разработки по физике. 10 класс. – М: Вако, – 400 с. 4. Касаткина И.Л., Ларцева Н.А., Шкиль Т.В. Репетитор по физике. В 2-х томах. Том 1. – Ростов-на-Дону: Феникс, – 863 с. 5.www: fiz.1september.ru