нагревание, охлаждение при сгорании топлива плавление, отвердевание парообразование, конденсация
- работа газа
2. I закон термодинамики – закон сохранения и превращения энергии при тепловых процессах:
· изменение внутренней энергии системы при ее переходе из одного состояния в другое равно сумме количества теплоты, подведенного системе извне, и работы внешних сил, действующих на неё
3. II закон термодинамики:
· все макроскопические процессы в природе протекают в одном направлении – от менее вероятного к более вероятному состоянию
-
СЛЕДСТВИЕ
Применение I закона термодинамики к изопроцессам
- Объяснение работы тепловых машин, расчет КПД
- Невозможность вечного двигателя.
Применение первого закона термодинамики к различным изопроцессам
Факты
Модель
Следствия
Применение
Изотермическое
расширение
T=const
Переданное газу количество теплоты идет на совершение газом работы
Идеальная тепловая машина
Изохорное нагревание
V=const
Переданное газу количество теплоты расходуется на увеличение вн. энергии
Теплопередача
Изобарное расширение (нагревание)
P=const
Кол-во теплоты, переданное газу, идет на увеличение вн. энергии и на совершение газом работы
Огнестрельное
оружие
Адиабатное расширение
Q=0
Работа, совершаемая газом равна уменьшению внутренней энергии газа
Турбодетандеры
Вопросы и задания по теме «ТЕРМОДИНАМИКА»
1.1 В 1798 г. Б. Румфорд при сверлении пушечного ствола, которое производили с помощью лошадей, вращавших большое сверло, успевал вскипятить поставленный на ствол котел с водой. Не противоречат ли результаты опыта закону сохранения энергии?
1.2 На основании каких опытов установлена возможность измерять количество тепла в единицах механической работы?
2.1 Оценить внутреннюю энергию молекул воздуха в классной комнате, состоящего в основном из N2 и O2. (Объем класса найти экспериментально).
2.2 Как вы считаете, есть ли границы применимости первого закона термодинамики?
2.3 В пробирку примерно на треть объема насыпана свинцовая дробь, а одна треть пробирки занята водой. В другой такой же пробирке налита одна вода до того же уровня, что и в первом. В какой пробирке вода закипит быстрее.
2.4 Всегда ли изменяется температура системы в результате теплопередачи?
2.5 Происходит ли при теплообмене переход энергии из одной формы в другую?
2.6 В каком случае газ совершает работу? Почему работа не является функцией состояния системы?
2.7 Учитывает ли первое начало термодинамики направление протекания тепловых процессов?
2.8 Приведите примеры необратимых процессов в природе.
2.9 Термодинамическая система – это объект природы или объект теории? Как это доказать?
2.10 Переход газа из состояния М в состояние N совершается различными способами: 1, 2, 3, 4, как показано на рисунке. В каком случае работа газа максимальна? Как меняется внутренняя энергия газа?
3.1 Почему первый закон термодинамики эквивалентен утверждению о невозможности построению вечного двигателя I рода?
3.2 Меняется ли с течением времени внутренняя энергия человека? Как ее можно изменить?
3.3 Можно ли считать человека термодинамической системой? В каких процессах обычно участвует система? Какая она: замкнутая или нет? Запишите первое начало термодинамики для системы «человек»?
Домашнее задание
1. Определите процессы, в которых участвует термодинамическая система идеальный газ, и запишите уравнение первого начала для каждого случая (см. рис.).
2. Подготовьте сообщения по теме «Первые термометры», «Криогенные температуры и их применение в медицине», «Температурные шкалы».
ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Назначение: превращение внутренней энергии топлива в работу
УСТРОЙСТВО
- КПД тепловой машины
Идеальный цикл Карно (рабочее тело – идеальный газ) С. Карно 1824 г.
- КПД идеальной тепловой машины
1707 г. ПД -Д. Папен
1763 г. ПД – И.И. Ползунов
1865 г. ДВС Н. Отто
1897 г. ДВС Р. Дизеля
не поршневые
реактивные
поршневые (ДВС, дизельные)
-
ПРИМЕНЕНИЕ
Паровые турбины ТЭС и АЭС
-Двигатели на машинах, тракторах
-Двигатели на самолетах, ракетах
-Двигатели на водном и ж/д транспорте
-Двигатели в быту: холодильники, насосы и др.
Вопросы и задания по теме «ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ»
1. Какие тепловые процессы происходят в тепловой машине?
2. Идеальный термодинамический цикл (модель теплового двигателя) впервые в 1824 г. предложил французский инженер С. Карно. На какие вопросы, актуальные и сейчас, он дает ответы в своей работе?
3. Может ли КПД тепловой машины быть равен 1? Какому началу термодинамики это противоречит?
4. Чем отличается реальный термодинамический цикл от идеального?
5. Рассмотрев блок-схему устройства теплового двигателя, предложите блок-схему холодильной установки. Что является рабочим телом бытового холодильника? Что является нагревателем? Не противоречит ли это второму началу термодинамики?
6. Приведите примеры тепловых двигателей в природе.
7. Какая экологическая проблема нашла отражение в строках китайского поэта Цюй Цюбо?
Генерал-губернатор
Мчится в автомобиле.
Белесый клубиться дым,
Зловоние душит людей.
8. Какие меры принимаются для того, чтобы уменьшить негативное влияние тепловых машин на окружающую среду?
9. Какие виды экологически чистых тепловых двигателей разрабатываются?
Домашнее задание
Подготовить сообщения по теме «Роль тепловых двигателей в современном обществе», «История развития тепловых двигателей», «Экологические проблемы использования тепловых двигателей», «Тепловые двигатели в будущем».
III ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
Электродинамика – фундаментальная теория электромагнитного поля. Её метод в объяснении явлений заключается как раз в использовании этого понятия. Кроме поля фундаментальным объектом электродинамики является электрический заряд. Разные электрические поля и разные системы зарядов приводят к многообразию физических явлений – взаимодействия зарядов, электрические токи, волны…
Основной моделью заряда (заряженного тела) является очечный электрический заряд. Именно для него сформулирован закон Кулона. Кроме того, ещё используют линейный заряд и другие модели.
Основной моделью электромагнитной волны является гармоническая волна (см. рисунки). Для электрического поля известная модель – однородное поле. Существует много других моделей для конкретных случаев.
Идеи и методы электродинамики имеют громадное практическое знание, на этой теоретической основе возникли электротехника и радиотехника.
Структура и содержание электродинамики как теории
· Экспериментальные факты
Взаимодействия электрических зарядов. Взаимодействия токов. Действие постоянного тока на магнитную стрелку и др.
· Идеализированные объекты (модели)
Точечный заряд. Свободные электроны. Электронный газ. Однородное электрическое поле. Гармоническая электромагнитная волна
· Фундаментальные понятия
Электрический заряд. Электромагнитное поле. Электромагнитная волна
· Физические величины
Напряженность. Магнитная индукция. Сила тока. Напряжение. Сопротивление. Энергия. Скорость света и др.
· Физические величины
ОСНОВАНИЕ
· Законы сохранения
Энергии. Импульса. Заряда
· Законы
- Покоящиеся и движущиеся заряды создают электрическое поле, силовые линии которого начинаются и оканчиваются на зарядах
- В природе нет магнитных зарядов; магнитные силовые линии замкнуты
- Движущиеся электрические заряды порождают магнитное поле, силовые линии которого охватывают линии тока
- Переменное магнитное поле порождает электрическое, силовые линии которого замкнуты и охватывают линии магнитной индукции. Переменное электрическое поле порождает магнитное, силовые линии индукции которого замкнуты и охватывают линии напряженности электрического поля
· Фундаментальные постоянные
Скорость света. Заряд и масса электрона. Электрическая постоянная. Магнитная постоянная
· Фундаментальные постоянные
· Теоретические следствия
Излучение и распространение электромагнитных волн. Природа света. Расчеты электрических цепей и др.
· Технические применения
Радиосвязь. Получение, передача и потребление электроэнергии. Оптические приборы. Радиоэлектроника и др.
нагревание, охлаждение
при сгорании топлива
плавление, отвердевание
парообразование, конденсация
T=const
Переданное газу количество теплоты идет на совершение газом работы
Переданное газу количество теплоты расходуется на увеличение вн. энергии
Кол-во теплоты, переданное газу, идет на увеличение вн. энергии и на совершение газом работы
Q=0
2.8 Приведите примеры необратимых процессов в природе.
1. Определите процессы, в которых участвует термодинамическая система идеальный газ, и запишите уравнение первого начала для каждого случая (см. рис.).
