Основы термодинамики Основы термодинамики Учитель физики МБОУ СОШ 1 Архипова Ольга Леонидовна

Цели урока: 1.Сформировать основные понятия термодинамики 2.Сформулировать первый закон термодинамики 3.Рассмотреть принцип действия тепловых двигателей и их КПД 4.Выявить отрицательное воздействие тепловых двигателей на окружающую среду и наметить пути решения этой проблемы

Содержание Внутренняя энергия Работа в термодинамике Количество теплоты Первый 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

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 ΔU Совершение работы А над самим телом ΔU ΔU Теплообмен Q теплопроводность конвекция излучение

Работа в термодинамике Работа газа: Работа внешних сил:

Работа газа при изопроцессах При изохорном процессе (V=const): ΔV = 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 ПроцессПостоянный параметр Первый закон термодинамики ИзохорныйV = const ΔU = Q ИзотермическийТ = const Q = A' ИзобарныйР = const Q = ΔU + A' АдиабатныйQ = const ΔU = -A'

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.