Основы термодинамики (10 класс)

Основы термодинамики Урок физики в 10 классе

Цели урока: Сформировать основные понятия термодинамики Сформулировать первый закон термодинамики Рассмотреть принцип действия тепловых двигателей и их КПД 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. 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 (NAk = 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 ΔU Совершение работы А над самим телом 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 V1 V2 P Изобарное расширение 1 2

При изотермическом процессе (Т=const): P V Изотермическое расширение Р2 1 2 V1 V2

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 V1 V2 P P V Р2 1 2 V1 V2 S S Р1

Количество теплоты – часть внутренней энергии, которую тело получает или теряет при теплопередаче

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

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

Принцип действия тепловых двигателей Т1 – температура нагревателя Т2 – температура холодильника Q1 – количество теплоты, полученное от нагревателя Q2 – 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. КПД тепловых двигателей Двигатель КПД, % Паровая машина 1 Паровоз 8 Карбюрато- рный двигатель 20 - 30 Газовая турбина 36 Паровая турбина 35 - 46 Ракетный двигатель на жидком топливе 47

Литература Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.,Сотский Н.Н. Физика 10 класс. – М.: Просвещение, 2007. – 365 с. Касьянов В.А. Физика 10 класс. – М.: Дрофа, 2006. – 410 с. Волков В.А. Поурочные разработки по физике. 10 класс. – М: Вако, 2006. – 400 с. Касаткина И.Л., Ларцева Н.А., Шкиль Т.В. Репетитор по физике. В 2-х томах. Том 1. – Ростов-на-Дону: Феникс, 1995. – 863 с. www: fiz.1september.ru