Основы термодинамики Зверев В.А. школа 258 Санкт-Петербург 2012 г. - презентация

1 Основы термодинамики Зверев В.А. школа 258 Санкт-Петербург 2012 г.

2 Внутренняя энергия (U) Е п – суммарная потенциальная энергия взаимодействия молекул Е к – суммарная кинетическая энергия движения молекул Для идеального газа: Е п = 0 0

3 Работа в термодинамике 1) Изохорный процесс (V=const)

4 Работа в термодинамике 2) Изобарный процесс ( ) V1V1 V2V2 p 0 p V 2 1 Работа в термодинамике численно равна площади фигуры под графиком процесса в координатах р(V)!

5 Какую работу совершил газ при переходе из состояния 1 в состояние 2? Работа в термодинамике р,атм 0 V,л Работа газа в термодинамике численно равна площади фигуры под графиком процесса в координатах р(V)! 1 2

6 Какую работу совершил газ при переходах: 1 2, 2 3, 3 4, 4 1. Найти работу газа за цикл. Работа в термодинамике р,атм 0 V,л Работа газа за цикл численно равна площади фигуры внутри цикла процесса в координатах р(V)!

7 Идеальный газ расширяется по закону р= V. Найти работу, совершенную газом при увеличении объема от V 1 до V 2. Работа в термодинамике p 0 V V2 V2 V1V1 2 1 p1p1 p2p2 V 2 V 1 Работа газа в термодинамике численно равна площади фигуры под графиком процесса в координатах р(V)!

8 p В каком из переходов газ совершил наибольшую работу? Ответ обосновать. 4V4V T 2p2p p T2T2T 2V2V V 0 p V p 2p2p Работа в термодинамике

9 Газ находится в вертикальном цилиндре с площадью основания 0,01 м 2 при температуре 27°С. На расстоянии 0,8 м от дна цилиндра находится поршень массой 20 кг. Атмосферное давление нормальное. Какую работу совершит газ при его нагревании до 37 °С? Дано: S=0,01 м 2 t 1 = 27 0 C t 2 = 37 0 C h 1 =0,8м m п =20кг р 0 =10 5 Па Ответ: 32 Дж

10 Первый закон термодинамики Q ΔUΔU

11 Деревянный барабан Первый закон термодинамики запрещает вечный двигатель первого рода

12 V,л T 0 Одноатомный газ сначала изобарически расширился в четыре раза, а затем в результате изохорического нагревания его давление возросло в три раза. Начальное давление газа 100 кПа, его конечный объём 12 л. Нарисовать графики процессов, протекающих с газом, в координатах (р,V), (р,Т) и (V,Т). Найти работу, совершённую газом, и изменение его внутренней энергии. 3 р,кПа 0 V,л T 4T4T 12T 3 12 T 12T 4T4T T р,кПа

13 T1T1 T2T2 V1V1 V2V2 Идеальный газ при изобарном нагревании и изотермическом расширении получил 16 кДж тепла. При этом его внутренняя энергия увеличилась на 6 кДж. Нарисовать графики процессов с газом в координатах (р, V) и (V,Т). Какую работу совершил газ при изотермическом расширении? 0 р V V1V1 V2V2 V3V3 V T 0 Дано: Q=16 кДж ΔU= 6 кДж р1р1 р2р2 V3V3 2 1 Ответ: 6 кДж.

14 Одноатомный газ расширяется сначала изобарно, а затем изотермически. Работа, совершаемая газом при расширении, равна 800 Дж. В процессе изотермического расширения газ получил 300 Дж тепла. Найти изменение внутренней энергии газа. Дано: A=800 кДж ΔU- ? V1V1 V2V2 3 р1р1 р2р2 V3V р V Ответ: 750 Дж.

15 Одноатомный газ, занимающий объём 2 л при давлении 100 кПа, нагревают сначала при постоянном давлении, а затем при постоянном объёме. При этом газ совершает работу 100 Дж, а его температура возрастает вдвое. Какое количество тепла сообщили газу при нагревании? Нарисовать графики процесса нагревания газа в координата (р, V) и (р,Т). Ответ: 400 Дж. 0 р V 3 p1p1 p3p3 Дано: V=2 л A=100 Дж T 3 =2T 1 V1V1 V2V2 1 2 T1T1 T2T2 р T 0 p1p1 p3p

16 10 г аргона нагревают сначала изохорно, а затем изобарно так, что в результате температура газа возросла на 100°С. При этом газ совершил работу 62,32 Дж. Молярная масса аргона 40 г/моль. Найти изменение внутренней энергии газа в процессе изохорического нагревания. Ответ: Дж.

17 КПД тепловых машин

18 А QхQх Рабочее тело (Газ) Нагреватель Т н Холодильник Т х QнQн КПД тепловых машин

19 p 0 V p 3p3p V 4V4V TрVAΔUΔUQКонтакт > 0 Н < 0 0 Н Х Х QнQн QхQх

20 Какую работу совершил газ при переходах: 1 2, 2 3, 3 4, 4 1. Найти работу газа за цикл. Работа в термодинамике р,атм 0 V,л Работа газа за цикл численно равна площади фигуры внутри цикла процесса в координатах р(V)!

21 p 0 V p 3p3p V 4V4V Ответ: =23,5%

22 p 0 V p 6p6p V 4V4V Домашнее задание 1)Найти к.п.д. 2)Перестроить график в координаты р(Т), V(Т)

23 p 0 V p 6p6p V 6V6V Домашнее задание 1)Найти к.п.д. 2)Перестроить график в координаты р(Т), V(Т)

24 p 0 V p 0 T V 0 T

25 Домашнее задание 0 V 1 23 p 4p4p V 6V6V p

26 p 0 V p 3p3p V 7V7V3V3V

27 0 V p 4p4p V 6V6V p

28 А QхQх Рабочее тело (Газ) Нагреватель Т н Холодильник Т х Для ИТМ QнQн

29

30

31

32

33

34

35 Одной из граней ротор затягивает топливно- воздушную смесь в камеру двигателя 1. Впуск. Проталкивая смесь по направлению к свечам зажигания, ротор сжимает ее 2. Сжатие. Как только одна из вершин ротора открывает выпускное окно, отработавшие газы удаляются в атмосферу 4. Выпуск После воспламенения смеси расширяющиеся газы вращают ротор вокруг эксцентрика, совершая полезную работу 3. Рабочий ход.

36

37 Реактивный двигатель на твердом топливе

38

39 Прямоточный реактивный двигатель поток воздуха

40 Жидкостный реактивный двигатель

41 Газотурбинный реактивный двигатель

42

43

44 QнQн Рабочее тело (Газ) Нагреватель Т н Холодильник Т х А Нагреватель Т н QхQх

45 ХОЛОДИЛЬНИК

46