Занятие 12.Презентация по физике на тему _ Основы термодинамики. Внутренняя энергия. Работа газа. Количество теплоты__ (10 класс) — копия

1. Тема:«Основы термодинамики. Внутренняя энергия. Работа газа. Количество теплоты».

2. Тепловые явления можно описывать с помощью макроскопических параметров

Записываем определение: теория тепловых
процессов, в которых не учитывается
строение тел называется
термодинамикой.
В основе термодинамики лежит понятие
внутренняя энергия. Установим связь между
молекулярно кинетической теорией и
термодинамикой. Они изучают различными
методами одни и те же физические явления и
дополняют друг друга.

3.

МКТ
Термодинамика
Тепловые явления
Тепловое
движение
Внутренняя
энергия

4.

Тела обладают не только механической
энергией, но и энергией, заключенной
внутри самих тел – внутренняя энергия.
После открытия внутренней энергии
был сформулирован закон сохранения и
превращения энергии.

5.

❑Внутренняя энергия тела может
превращаться в механическую.
❑Механическая энергия может превращаться
во внутреннюю.
❑Потенциальная энергия может превращаться
в кинетическую и наоборот.
❑Часть внутренней энергии одного тела может
передаваться другим телам разными
способами.
❑Механическая энергия одного тела может
передаваться другим телам.

6.

1. При нагревании воды
внутренняя энергия _______________
возрастает
2. Давление пара увеличивается
___________________
Что произойдет с пробкой?
Вылетит

7.

1. При нагревании воды
внутренняя энергия _______________
возрастает
2. Давление пара увеличивается
___________________
Что произойдет с кинетической
энергией?
Кинетическая энергия пробки
увеличилась за счет
внутренней энергии пара.

8.

1. При нагревании воды
внутренняя энергия _______________
возрастает
2. Давление пара увеличивается
___________________
Расширяясь, пар совершает
работу и охлаждается
Что происходит с его внутренней энергией?
Его внутренняя энергия уменьшается

9.

Какие виды механической
энергии вы знаете?
ЭНЕРГИЯ
Потенциальная
Кинетическая
Eп = mgh
Е = Ек + Еп
m
Ек =
2
2

10.

11.

Внутренняя энергия – это такая
энергия тела, за счет которой может
совершаться механическая работа, не
вызывая при этом убыли механической
энергии этого тела.

12. Записываем: внутренняя энергия-

равна сумме кинетических энергий
беспорядочного движения всех молекул
(или атомов) тела и потенциальных
энергий взаимодействия всех молекул
друг с другом (но не молекулами других
тел)
Обозначение:
U
Единицы измерения: [Дж]

13.

Одноатомный газ - газ ,
состоящий из отдельных
атомов, а не
молекул(идеальный газ).
Одноатомными являются
инертные газы- гелий, неон,
аргон и др.

14.

1. Внутренняя энергия тела равна сумме
кинетической энергии движения молекул и
потенциальной энергии взаимодействия
молекул.
U = Ek + Е p
2. Внутренняя энергия зависит от температуры и
от количества частиц. Обозначается U,
измеряется в Дж.
3. Т.к. потенциальная энергия идеального газа равна
0, то
U =E
k
Выведем формулу для расчета внутренней энергии
одноатомного идеального газа:

15. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа все переписываем:

U = NE ,
k
m
N=
NА −
M
3
E = kT −
k 2
число молекул
кинетическая энергия
одной молекулы
3
U = NАkT
2
(NAk = R)

16.

все переписываем
Так как
pV =
m
RT
M
- уравнение Клапейрона –
Менделеева,
то внутренняя энергия:
3
U =
pV
2
- для одноатомного газа
5
pV
2
- для двухатомного газа.
U =
i m
i
U=
RT = pV
2M
2
где i – число степеней свободы молекул
газа (i = 3 для одноатомного газа и i = 5
для двухатомного газа)
Степень свободы — это число возможных
независимых движений частиц.

17. Изменение внутренней энергии тела ΔU

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

18.

В механике работа силы – это скалярное
произведение векторов силы и перемещения
под действием этой силы.
A = F s = F s cos ;
= (F ; s )
A = Дж .

19.

В термодинамике работа - это взаимодействие системы с внешними
объектами, в результате чего изменяются параметры системы.
В термодинамике под работой понимают
изменение внутренней энергии системы,
связанное с перемещением ее частей относительно
друг друга, а не системы в целом.
При этом работу всегда совершает газ (или пар).

20. Работа в термодинамике

переписываем формулу

21. Работа в термодинамике

все переписываем
Работа в термодинамике
• Работа газа:
A = p (V2 − V1 ) = p V
Работа внешних сил:
• Работа А, совершаемая
внешними телами над газом,
отличается от работы А'
самого газа только знаком:
A = − A

22. Работа газа при изопроцессах

все переписываем
При изохорном процессе (V=const):
ΔV = 0 работа газом не совершается:
A = 0
P
V
Изохорное нагревание

23. При изобарном процессе (Р=const):

A = p V
все переписываем
P
1
2
A 0
P
Изобарное расширение
V1
V2
V

24. Работа при изотермическом процессе

Площадь под данным
графиком можно вычислить,
если разделить изменение
объёма на очень малые части,
вычислить работы,
соответствующие каждой
части, а потом сложить их,
чтобы получить общую
работу.

25.

Изменить внутреннюю энергию газа в цилиндре можно не только
совершая работу, но и нагревая газ.Если закрепить поршень, то
обьем будет постоянным и работа не совершается, но температура
а следовательно его внутренняя энергия возрастают.
При теплообмене происходит изменение внутренней энергии тела.
Мерой изменения внутренней энергии при теплообмене является
количество теплоты.
Основное различие между работой и количеством теплоты
состоит в том, что работа характеризует процесс изменения
внутренней энергии системы, сопровождающем превращением
энергии из одного вида в другой (из механической во
внутреннюю). Количество теплоты характеризуют процесс
передачи внутренней энергии от одних тел к другим (от более
нагретых к менее нагретым), не сопровождающихся превращением
энергии.

26. Все, что выделено переписываем

При теплообмене происходит изменение внутренней
энергии тела. Мерой изменения внутренней энергии
при теплообмене является количество теплоты.
Процесс передачи энергии от одного тела к
другому без совершения работы называется
теплообменом или теплопередачей.
Количество теплоты - это мера изменения
внутренней энергии, которую тело получает
(или отдаёт) в процессе теплообмена.

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

все переписываем
Процесс
формула
Нагревание или
охлаждение
Q = cm T
С – удельная теплоёмкость
вещества [ Дж/кг 0К], m – масса
[кг], ΔT – изменение
температуры [ 0K].
Кипение или
конденсация
Q = rm парообразования [ Дж/кг ]
Плавление или
кристаллизация
удельная теплота плавления
Q = m λ-вещества
[ Дж/кг ]
Сгорание
топлива
– удельная теплота сгорания
Q = qmqтоплива
[ Дж/кг ]
r – удельная теплота

28.

Задача №1. В стальном баллоне находится гелий массой 0,5 кг при
температуре 10°С. Как изменится внутренняя энергия гелия, если его
температура повысится до 30°С? (МНе=4·10-3 кг/моль).
Дано:
Решение:
m = 0,5кг
t1 = 10 C
0
t 2 = 30 0 C
кг
моль
Дж
R = 8,31
кг моль
U − ?
M = 4 10 −3
3 m
U =
R T
2M

29. Закрепление