В сосуде с теплонепроницаемыми стенками объемом
Термодинамика – это теория тепловых явлений, происходящих в макротелах и их системах без учета атомно-молекулярного строения тела.
Термодинамика изучает свойства термодинамической системы в состоянии термодинамического равновесия и процессы перехода этих систем из одного состояния в другое.
В теплоизолированном цилиндре под невесомым поршнем находится идеальный газ. Сообщим системе некоторое количество теплоты Q и воздействуем на поршень некоторой внешней силой F. Рассмотрим, как изменяются параметры системы
Состояние термодинамической системы характеризуется рядом физических величин, главной из которых является внутренняя энергия.
Существует два способа изменения внутренней энергии тела:
1. Теплопередача – это процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы. Виды теплопередачи:
Количество теплоты, переданное при нагревании тела или выделяемое при его охлаждении:
Q=cmΔT
c – удельная теплоемкость вещества
Количество теплоты, идущее на плавление тела или выделяемое при его кристаллизации:
Q=λm
λ – удельная теплота плавления и кристаллизации тела
Количество теплоты, идущее на испарение жидкости при T=const или выделяемое при конденсации пара:
Q=Lm
L – удельная теплота парообразования и конденсации
2. Совершение механической работы
В координатах p, V работа газа равна площади фигуры под графиком зависимости давления от объема.
Изменение внутренней энергии тела (системы тел) определяется первым законом (началом) термодинамики
Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:
Если система сама совершает работу над внешними силами, то А=-А’ и первый закон термодинамики запишется так:
Изопроцессы в термодинамике
Простейшими процессами перехода термодинамической системы из одного состояния в другое являются:
Изобарный процесс p=const
Q=ΔU+A’
Изохорный процесс V=const
Q=ΔU
Газ не меняет своего объема, работа им не совершается. Т.о переданное количество теплоты идет на увеличение внутренней энергии газа.
Изотермический процесс T=const
Q=A’
Внутренняя энергия не меняется. Следовательно количество теплоты, переданное системе идет на совершение работы
Адиабатный процесс Q=0
A=ΔU
Процесс происходящий в системе без теплообмена с окружающей средой. При совершении работы над газом внутренняя энергия системы увеличивается, следовательно увеличивается и температура газа.
Опорный конспект:
Краткие итоги:
Термодинамика – это теория тепловых явлений, происходящих в макротелах и их системах без учета атомно-молекулярного строения тел.
Термодинамика изучает свойства термодинамической системы в состоянии термодинамического равновесия и процессы перехода этих систем из одного состояния в другое.
Состояние термодинамической системы характеризуется рядом физических величин, главной из которых является внутренняя энергия. Внутреннюю энергию можно изменить в процессе теплопередачи и совершения работы. Существование двух форм изменения внутренней энергии – работы и теплообмена, отражает первый закон термодинамики, который является законом сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам. Открытие этого закона в середине XIX в. связано с работами Р.Майера, Д.Джоуля и Г.Гельмгольца.
Простейшими процессами перехода термодинамической системы из одного состояния в другое является изотермический, изобарный, изохорный и адиабатный.
Термодинамика позволяет объяснить работу тепловых машин, выполнить расчеты тепловых процессов.
Задачи на применение первого закона термодинамики
1А. При изотермическом расширении идеальным газом совершена работа А = 20 кДж. Какое количество теплоты сообщено газу?
2А. Вычислите увеличение внутренней энергии кислорода массой 0,5 кг при изохорном повышении его температуры на 15 °С.
3В. Температура газа в цилиндре 150 °С, а давление 8 ∙ 105 Па. Газ изохорно охлаждается. Конечное давление 2 ∙ 105 Па. Найдите изменение внутренней энергии газа массой 1 кг, его конечную температуру и совершенную работу. Удельная теплоемкость газа при постоянном объеме равна 0,7 ∙ 103 Дж/(кг ∙ К).
4В. В вертикальном цилиндре под тяжелым поршнем находится кислород массой 2 кг. Для повышения температуры кислорода на 5 К ему было сообщено количество теплоты, равное 9160 Дж. Найдите работу, совершаемую при расширении кислорода, и увеличение его внутренней энергии. Молярная масса кислорода 0,032 кг/моль.
5В. В сосуде с теплонепроницаемыми стенками объемом 5,6 л находится кислород при температуре 66 °С и давлении 0,25 МПа. Для нагревания газа до температуры 68 °С требуется сообщить газу теплоту 21 Дж. Какова удельная теплоемкость кислорода при этих условиях?
6В. В теплоизолированном цилиндре с поршнем находится азот массой 0,2 кг при температуре 20 °С. Азот, расширяясь, совершает работу 4470 Дж. Определите изменение внутренней энергии азота и его температуру после расширения. Удельная теплоемкость азота при постоянном объеме 745 Дж/ (кг ∙ К).
7В. Какое количество теплоты требуется для того, чтобы воздух массой 5 г нагреть от температуры 290 К при постоянном давлении на столько, чтобы его объем увеличился в два раза? Удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении 1018 Дж/(кг ∙ К).
8С. Кислород, взятый в количестве 1 моль, нагревается при постоянном объеме от температуры 0 °С. Какое количество теплоты требуется сообщить кислороду, чтобы его давление увеличилось в 3 раза? Удельная теплоемкость кислорода при постоянном объеме 657 Дж/(кг ∙ К).
9С. Для повышения температуры газа массой 20 кг и молярной массой 0,028 кг/моль на 50 К при постоянном давлении необходимо затратить количество теплоты, равное 0,5 МДж. Какое количество теплоты следует отнять от этого газа при постоянном объеме, чтобы его температура понизилась на 50 К?
10С. Давление азота, находящегося в сосуде объемом 3 л, после нагревания возросло на 2,2 МПа. Определите количество теплоты, сообщенной газу. Удельная теплоемкость азота при постоянном объеме 745 Дж/(кг ∙ К), его молярная масса 0,028 кг/моль.
Ответы
1А. 20 кДж.
2А. 6900 Дж.
3В. ≈ – 220 кДж/кг; ≈ 106 К; 0 Дж.
4В. 2590 Дж; 6570 Дж.
5В. ≈ 660 Дж/ (кг ∙ К).
6В. 4470 Дж; – 10 °С.
7В. 1,49 ∙ 103 Дж.
8С. 1,15 ∙ 107 Дж.
9С. 2 ∙ 105 Дж.
10С. 1,65 ∙ 104 Дж.
Источник
Слайды и текст этой презентации
| Слайд №1 | |
 | Алгоритм решения задач по теме: » Уравнение теплового баланса». |
| Слайд №2 | |
 | Что значит знать физику? Это значит уметь решать задачи! А что надо делать, чтобы уметь решать задачи? Надо их решать! Это тот случай, когда и цель и средства олинаковы! |
| Слайд №3 | |
 | Важнейшей проблемой в обучении физике является развитие самостоятельности учащихся при решении задач, т. к. умение решать задачи является одним из основных показателей не только глубины усвоения учебного материала по физике, но и уровня развития мышления учащихся. |
| Слайд №4 | |
 | Среди законов физики, есть такие, которые очень широко применяются в описании поведения тех или иных систем. Одним из таких законов и является закон сохранения энергии в тепловых процессах: то есть энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно. Она только переходит из одной формы в другую и если теплообмен и совершаемая работа происходит только между телами данной системы, то эта система называется изолированной. Для такой системы изменение внутренней энергии равно нулю и суммарная работа в системе тоже равна нулю, соответственно равно нулю и суммарное количество отданного и полученного телами тепла. Для любой изолированной системы при любых изменениях внутри нее внутренняя энергия остается неизменной. |
| Слайд №5 | |
| Процессы теплообмена в замкнутой системе тел могут приводить к охлаждению одних тел, нагреванию других, изменению фазового состояния тел системы. Однако при любых процессах в таких системах полное количество тепла остается неизменным. Поэтому выполняется закон сохранения энергии, называемой в этом случае тепловым балансом: количество тепла, отданное всеми остывшими телами, равно количеству тепла, полученному всеми нагревающимися телами. |
| Слайд №6 | |
 | При решении такого рода задач следует: 1. Из анализа условия задачи установить какие тела в ходе каких процессов обмена теплом образуют изолированную систему. 2. Определить какие тела, в ходе каких процессов отдают тепло. Вычислить отданные теплоты для каждого тела, используя формулы: Q1 = -r m – при конденсации; Q2 = с m (t2 – t1) – при охлаждении; Q3 = -?m – при затвердении. 3. Определить какие тела, в ходе каких процессов получают тепло. Вычислить полученные теплоты для каждого тела, используяформулы: Q4 =?m – при плавлении; Q5 = с m (t2-t1) – при нагревании; Q6 =rm – при кипении. 4. На основании закона сохранения тепловой энергии в замкнутой системе приравнять всю отданную телами теплоту всей полученной теплоте и составить уравнение теплового баланса: Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6=0 5.Решить это уравнение, выражая побочные неизвестные из дополнительных данных задачи. |
| Слайд №7 | |
 | В латунный сосуд массой 0,2 кг содержащий 0,4 кг анилина при температуре 10 С долили о,4 кг анилина при температуре 31 С. Найти удельную теплоемкость анилина, если в сосуде установилась температура 20 С. Удельная теплоемкость латуни 0,4 кДж/ кг С. |
| Слайд №8 | |
 | В сосуд объемом V с теплонепроницаемыми стенками заполненный газом с молярной массой м и температурой Т и давлением р, внесен медный шарик массой m и температурой Т меди. Какая температура установится в сосуде? |
| Слайд №9 | |
 | В стеклянный сосуд массой 120 г и температурой 20 С налили горячую воду массой 200 г при температуре 100 С. Спустя 5 минут установилась температура 40 С. Теряемое в единицу времени количество теплоты постоянно. Какое количество теплоты терялось в единицу времени? |
| Слайд №10 | |
 | Ванну объемом 100 л необходимо заполнить водой, имеющей температуру 30 С, имея воду при температуре 80 С и лед при температуре -20 С. Найти массу льда, который придется положить в ванну. |
| Слайд №11 | |
 | Кусок свинца массой 1 кг расплавили наполовину при сообщении ему количества теплоты 54,5 кДж. Какова была начальная температура свинца. Удельная теплоемкость свинца 130 Дж/кг С. Удельная теплота плавления 24 кДж/кг. Температура плавления свинца 600К. |
| Слайд №12 | |
 | Итак, можно выделить следующий алгоритм решения задач на «тепловой баланс»: -по данным задачи составить общее уравнение теплового баланса; -записать соответствующие равенства для каждой из величин теплоты, входящих в общее уравнение теплового баланса; -подставить правые части записанных равенств в уравнение теплового баланса; -поменять местами слагаемые в скобках, перед которыми стоит знак «минус»; -выразить искомую величину из полученного уравнения. |
| Слайд №13 | |
 | Важное замечание. Предложенные в настоящем разделе алгоритмы можно освоить только в ходе решения задач при неторопливом применении «шаг за шагом». |
| Слайд №14 | |
 | 1. В конкретных задачах происходят не все типы процессов, поэтому ряд слагаемых в уравнении теплового баланса может отсутствовать. 2. Нужно помнить, что в процессе фазового перехода температура тела не изменяется до тех пор, пока переход не закончен. 3. Если конечной температурой является температура фазового перехода, то в окончательном состоянии могут сосуществовать две фазы(твердое тело и жидкость, жидкость и пар). 4.Если кроме обмена теплом система совершает механическую работу (или работа совершается над системой), то следует от уравнения теплового баланса перейти к I закону термодинамики в более общем виде: Qотданное-Qполученное=A где работа А подставляется с учетом знака. |
- Автор: Виктория
- Распечатать
Оцените статью:
(1 голос, среднее: 5 из 5)
закрыть
Скопируйте этот код и вставьте его на своем сайте:
Источник
Инфоурок
› Физика ›Презентации›Презентация по физике на тему: ” Решение задач. МКТ.”
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
Описание слайда:
Учитель физики МОБУ лицея №22 г. Сочи Омарова Т. Х. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО МКТ.
2 слайд
3 слайд
Описание слайда:
При температуре l0 = 0 °С длины алюминиевого и железного стержней l0а = 50 см и l0ж = 50,05 см. Сечения стержней одинаковы. При какой температуре t1, длины стержней и при какой температуре t2 их объемы будут одинаковы? Коэффициенты линейного расширения алюминия и железа Ра = 2,4 • 10~7 К-1 и Pж= 1,2- 10-7 К-
4 слайд
Описание слайда:
В кварцевый литровый сосуд диаметра d = 6 см до половины налили воду, а затем положили шар из эбонита, имеющий объем V=100 см3. На какую высоту Ah поднимется уровень воды при изменении температуры от t1 = 10 °С до t2 = 70 °С? Коэффициент объемного расширения воды а = 3 • 10-4 К-1, коэффициент линейного расширения эбонита Р = 8- 10-5 К-1. Тепловым расширением кварца пренебречь.
5 слайд
Описание слайда:
Латунный сосуд массы m = 0,2 кг содержит 0,4 кг анилина при температуре 10 °С. В сосуд долили 0,4 кг анилина, нагретого до температуры 31 °С. Найти удельную теплоемкость анилина, если в сосуде установилась температура 20 °С. Удельная теплоемкость латуни с = 0,4 кДж/(кг • К).
6 слайд
Описание слайда:
В сосуд объема V с теплонепроницаемыми стенками, заполненный газом с молярной массой при температуре Т и давлении р, внесен медный шарик массы m, имеющий температуру Т. Какая температура установится в сосуде? Удельные теплоемкости газа и меди равны с и см. Газовая постоянная R = 8,31 Дж/(моль • К).
7 слайд
Описание слайда:
В стеклянный сосуд, имеющий массу 120 г и температуру 20 °С, налили горячую воду, масса которой 200 г и температура 100 °С. Спустя время 5 мин температура сосуда с водой стала равной 40 °С. Теряемое в единицу времени количество теплоты постоянно. Какое количество теплоты терялось в единицу времени? Удельные теплоемкости сосуда и воды сс = 840 Дж/(кг • К) и с = 4,2 кДж/(кг • К).
8 слайд
Описание слайда:
В сосуд, содержащий массу воды 2 кг при температуре 5 °С, положен кусок льда массы 5 кг, имеющий температуру °С. Найти температуру и объем смеси после установления теплового равновесия. Удельные теплоемкости воды и льда с = 4,2 кДж/(кг • К) и сл = 2,1 кДж/(кг • К), их плотности при t= 0 °С равны р = 103 кг/м3 и рп = 0,92 • 103 кг/м3. Удельная теплота плавления льда г = 0,33 МДж/кг. Теплоемкостью сосуда и потерями тепла пренебречь.
9 слайд
Описание слайда:
Кусок свинца, имеющий массу 1 кг, расплавился наполовину при сообщении ему количества теплоты Q = 54,5 кДж. Какова была начальная температура Т свинца? Удельная теплоемкость свинца с = 130 Дж/(кг ¦ К). Удельная теплота плавления свинца 24 кДж/кг, его температура плавления 600 к.
10 слайд
Описание слайда:
Под колоколом воздушного насоса находится вода массы m = 40 г при температуре t = 0 °С. Воздух из-под колокола быстро откачивают. Благодаря интенсивному испарению воды оставшаяся часть ее замерзает. Найти массу tл образовавшегося льда, если его температура также 0 °С. Удельная теплота плавления льда 0,33 МДж/кг, удельная теплота парообразования воды 2,3 МДж/кг.
11 слайд
Описание слайда:
Два одинаковых сообщающихся сосуда с поршнями частично заполнены жидкостью с плотностью р. Расстояния поршней от поверхностей жидкости одинаковы и равны Н. Один из поршней закреплен, а второй поднимают на высоту h. При какой высоте h разность уровней жидкости в сосудах будет равна r? Начальное давление воздуха в каждом из сосудов равно р.
12 слайд
Описание слайда:
Каково давление газа в цилиндре под поршнем, если поршень удерживается в равновесии при помощи стержня, вдоль которого действует сила F = 9,8 Н ? Площадь поршня 5 = 7 см2, стержень составляет с нормалью к поршню угол а = 30°. Атмосферное давление р = 0,1 МПа. Трением пренебречь.
13 слайд
Описание слайда:
Посередине откачанной и запаянной с обоих концов горизонтально расположенной трубки длины L = 1 м находится столбик ртути длины h = 20 см. Если трубку поставить вертикально, столбик ртути сместится на расстояние l = 10 см. До какого давления р была откачана трубка? Плотность ртути р = 13,6 • 103 кг/м3.
14 слайд
Описание слайда:
Максимальная глубина погружения Н вычисляется по минимальной высоте / сжатого воздуха в трубке. Для определения высоты / внутренние стенки трубки покрываются легкорастворимой в воде краской. Та часть трубки, куда не проникла вода, остается окрашенной. На какую глубину Н была опущена трубка, если оказалось, что / = 0,2 м? Плотность воды р = 103 кг/м3. Атмосферное давление Ро = 0,1 МПа. Температуру воздуха в трубке считать постоянной.
15 слайд
Описание слайда:
Закрытый цилиндр, расположенный горизонтально, разделен на две части подвижным поршнем. Одна часть цилиндра заполнена некоторым количеством газа при температуре t1=16 °С, другая – таким же количеством газа при температуре t2 = 27 °С. Поршень находится в равновесии. Найти объемы и V2, занимаемые газом в двух частях цилиндра, если общий объем газа V= 500 см3.
16 слайд
Описание слайда:
Открытую пробирку с воздухом при давлении р1 медленно нагрели до температуры t1, затем герметически закрыли и охладили до температуры t2 = 10 °С. Давление при этом упало до р2 = 0,1 рх. До какой температуры t1 была нагрета пробирка? Тепловым расширением пробирки пренебречь.
17 слайд
Описание слайда:
Найти число молекул в единице объема газа при нормальных условиях. Постоянная Авогадро NA = 6,02 • 1023 моль-1.
18 слайд
Описание слайда:
На стенку площади S налетает поток молекул, имеющих среднюю скорость v. Число молекул, движущихся по направлению к стенке, в единице объема равно . Масса каждой молекулы равна m. Найти действующие на стенку силу и давление, если молекулы движутся перпендикулярно к стенке и удары молекул о стенку абсолютно упругие.
19 слайд
Описание слайда:
При изотермическом расширении идеальный газ совершает работу А = 20 Дж. Какое количество теплоты Q сообщено газу?
20 слайд
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Пожаловаться на материал
Курс повышения квалификации
Курс профессиональной переподготовки
Учитель физики
Курс повышения квалификации
Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
также Вы можете выбрать тип материала:
Общая информация
Номер материала: ДБ-149341
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Источник