Pamokos tikslas: ištirti pirmojo termodinamikos dėsnio praktinį pritaikymą dujų procesams.
Užduotys.
edukacinis:
- parodyti perėjimą nuo bendrųjų žinių apie pirmąjį termodinamikos dėsnį prie specifinių dujų dėsnių;
- apsvarstyti įgytų žinių pritaikymą sprendžiant konkrečias problemas;
- parodyti poreikį perkelti matematikos žinias į kitus dalykus, ypač fiziką;
kuriant:
- ugdyti gebėjimą lyginti, analizuoti, apibendrinti, daryti išvadas;
- ugdyti gebėjimą perduoti žinias ir įgūdžius naujoje nestandartinėje situacijoje;
edukacinis:
- didinti susidomėjimą fizika kaip mokslu, paaiškinančiu daugybę aplinkinių reiškinių ir apjungiančiu daugelio kitų mokslų žinias;
- formuoti komunikacines ir dalykines savybes dirbant mažose grupėse.
Parsisiųsti:
Peržiūra:
Savivaldybės biudžetinė švietimo įstaiga
4 vidurinė mokykla
Ak-Dovurako miestas
Pirmojo termodinamikos dėsnio taikymas įvairiems procesams
Fizikos pamoka
10 klasė
„Pirmojo termodinamikos dėsnio taikymas įvairiems procesams“
fizikos mokytojas Kuzhuget M.Sh.
Ak-Dovurak-2017
Pamokos tikslas: ištirti pirmojo termodinamikos dėsnio praktinį pritaikymą dujų procesams.
Užduotys.
edukacinis:
- parodyti perėjimą nuo bendrųjų žinių apie pirmąjį termodinamikos dėsnį prie specifinių dujų dėsnių;
- apsvarstyti įgytų žinių pritaikymą sprendžiant konkrečias problemas;
- parodyti poreikį perkelti matematikos žinias į kitus dalykus, ypač fiziką;
kuriant:
- ugdyti gebėjimą lyginti, analizuoti, apibendrinti, daryti išvadas;
- ugdyti gebėjimą perduoti žinias ir įgūdžius naujoje nestandartinėje situacijoje;
edukacinis:
- didinti susidomėjimą fizika kaip mokslu, paaiškinančiu daugybę aplinkinių reiškinių ir apjungiančiu daugelio kitų mokslų žinias;
- formuoti komunikacines ir dalykines savybes dirbant mažose grupėse.
Įranga: kompiuteris, multimedijos projektorius.
Pamokos planas
1. Organizacinis momentas.
2. Frontalinė apklausa ir naujos medžiagos tyrimas.
Studentų paruošimas studijoms nauja tema, pakartodami ankstesnįjį.
- Kokius izoprocesus žinote?
- Kokie makroparametrai gali būti nepakeisti?
- Nustatykite izoproceso pavadinimo ir atitinkamo dėsnio atitikimą
- Nustatykite izoproceso pavadinimo ir atitinkamo grafo atitikimą
Izoterminis procesas | |
Izobarinis procesas |
|
Izochorinis procesas |
|
Viską, apie ką ką tik kalbėjome, sudėkime į lentelės formą, kiekvienam procesui viską kartodami dar kartą.
Susipažinkime su dar vienu procesu, kuris anksčiau nebuvo aptartas.
Adiabatinis procesas... Procesas atliekamas be šilumos mainų su aplinką Q = 0.
Formulė: Pasikeitimas vidinė energija dujų susidaro dirbant. Surašykime, ko reikia, į būtinus mūsų lentelės langelius ir pamatykime šio dėsnio iliustraciją.
- Klausimas klasei: Suformuluokite pirmąjį termodinamikos dėsnį?
(Atsakymas: Energija gamtoje neatsiranda iš nieko ir neišnyksta: energijos kiekis yra nekintantis, ji tik pereina iš vienos formos į kitą. Energijos tvermės ir virsmo dėsnis, išplėstas iki šiluminių reiškinių, vadinamas pirmuoju termodinamikos dėsnis).
- Ką tai rodo? (Atsakymas: nuo kokių dydžių priklauso vidinės energijos pokytis)
Q = U + A 1
Sistemai perduodamas šilumos kiekis keičia jos vidinę energiją ir veikia išorinius sistemos kūnus)
Dabar užpildykime paskutines mūsų lentelės eilutes. Užrašykime 1-ąjį termodinamikos dėsnį kiekvienam izoprocesui. Šių formulių nereikia išmokti atmintinai, bet visada išveskite iš pirmojo termodinamikos dėsnio, jei suprantate prasmę. Su jumis užpildėme lentelę, kurioje pateikiama trumpa informacija apie kiekvieną procesą, aprašymas, formulės ir formuluotės. Kaip keičiasi vidinė kūno energija jam vėsstant?
(Atsakymas: U mažėja)
2) Dujos inde buvo suspaustos, atlikdamos 30 J darbą. Vidinė dujų energija padidėja 25 J. Kas atsitiko dujoms?
(Atsakymas: dujos davė aplinkai Q = 5 J)
Idealios dujos perkeliamos iš 1 būsenos į 3 būseną, nes parodyta grafike. Kokį darbą atlieka dujos? (Atsakymas: 2P 0 V 0)
4. Savarankiškas problemos sprendimas
Problema: vertikaliai po stūmokliu esančiame cilindre yra dujų, kurių T = 323 K, užimančių V tūrį 1 = 190 cm3 ... Stūmoklio masė M = 120 kg, jo plotas S = 50 cm 2 ... Atmosferos slėgis p 0 = 100 kPa. Dujos įkaitinamos iki T = 100 K.
A ... Nustatykite dujų slėgį po stūmokliu.
B. Kiek pasikeis dujų užimamas tūris po šildymo?
V. Plėsdami raskite dujų darbą.
Problemos sprendimo apibendrinimas ir darbas pamokoje. Įvertinimas:
5. Namų darbai. vadovėlio 81 §.
- 15 pratimas (8, 9).
- Išmokite lentelę.
6. Refleksija. Kiekvienam mokiniui suteikiamas veidukas ir ant jo nupiešiama norima šypsena. Pagal šypsenų skaičių galite atsakyti į klausimą: ar ši pamoka buvo sėkminga?
Literatūra
- Myakiševas G. Ya., B. B. Bukhovcevas, N. N. Sotskis. Fizika-10: Vadovėlis 10 klasės ugdymo įstaigoms. - M .: Švietimas, 2005 m.
- Nebukinas N.N. Fizikos lygmenų uždavinių rinkinys. M .: Švietimas, 2006 m.
- NAUDOJIMAS 2008. Fizika. Federalinis bankas ekspertizės medžiaga. Parengė Demidova M.Yu., Nurminsky I.N. - M .: Eksmo, 2008 m.
- Skaitmeniniai švietimo ištekliai .
- Pamokos rengimas fizikos mokytojui S.N. Gutsil.
Pamokos tikslas: Apsvarstykite izoprocesus nauju energetiniu požiūriu.
Pamokos tikslai:
Nustatyti ryšį tarp sistemos vidinės energijos kitimo, darbo ir šilumos kiekio, perduodamo izoprocesams dujose;
Apsvarstykite adiabatinį procesą ir adiabatinių procesų pavyzdžius technologijoje ir gamtoje;
Įgūdžių ir gebėjimų lavinimas sprendžiant tipines temos problemas.
Per užsiėmimus.
Namų darbai §81, 80 15 pratimas (9-12).
Žinių atnaujinimas:
| Mokytojas | Studentas |
| 1. Kokią temą studijuojame? | Termodinamika. |
| 2. Ką naujo išmokote? | Apskaičiuokite vidinę energiją vienatominėms, dviatomėms ir daugiaatomėms dujoms ir atlikite termodinamiką: ∆U = 3mR∆T / 2M; ∆U = 5mR∆T / 2M; ∆U = 6νR∆T. A = p · (V 2 - V 1); A = p ∆V; А = νR∆T A = νRTln (V 2 / V 1) |
| 3. Pateikite vidinės energijos sąvoką. | Makroskopinio kūno vidinė energija lygi kūno molekulių (ar atomų) atsitiktinio judėjimo kinetinių energijų sumai ir potencialios energijos visų molekulių sąveikos tarpusavyje (bet ne su kitų kūnų molekulėmis). |
| 4. Suformuluokite energijos tvermės dėsnį. | Energija gamtoje neatsiranda iš nieko ir neišnyksta: Energijos kiekis nekinta, ji tik pereina iš vienos formos į kitą. |
| 5. Suformuluokite pirmąjį išorinių jėgų termodinamikos dėsnį. | Sistemos vidinės energijos pokytis pereinant iš vienos būsenos į kitą yra lygus išorinių jėgų darbo ir sistemai perduodamos šilumos kiekio sumai: ∆U = A + Q |
| 6. Suformuluokite pirmąjį termodinamikos dėsnį, kai sistema pati atlieka darbą. | Sistemai perduodamas šilumos kiekis keičia jos vidinę energiją ir veikia išorinius sistemos kūnus: Q = ∆U + A ´ |
| 7. Prisiminkime, kokiais makroskopiniais parametrais būdingi? | V - tūris P - slėgis T – temperatūra |
| 8. Kokia lygtis susijusi su visais makroskopiniais parametrais? | Mendelejevo – Klapeirono lygtis p V = νRT |
| 9. Kokius dujų dėsnius galima išvesti iš šios lygties? | T - const izoterminis V - const izochorinis P - const izobarinis |
Naujos medžiagos mokymasis.
Pildome lentelę, kurią paruošėme šios dienos pamokai.
Proceso pavadinimas
Proceso grafikas
Matematinis įstatymo žymėjimas
Vidinės energijos pasikeitimas
Pirmojo termodinamikos dėsnio rašymo fizikinė prasmė
| Mokytojas | Studentas |
| Kokį izoterminį procesą pirmą kartą sutikome, kuris išlieka pastovus? | Izoterminis, temperatūra nesikeičia. |
| Kas nepasikeis, išskyrus temperatūrą, ką manote? Žiūri į lentą? | Vidinė energija. |
| Kas yra izoterminio proceso grafikas? | Hiperbolė. |
| Izoterminis plėtimasis, kur nukreipta hiperbolė? Izoterminis suspaudimas, kokios jėgos atliks darbą, kur bus nukreipta izoterma, kas bus su tūriu? | Izoterma bus nukreipta iš viršaus į apačią. Darbą atliks išorinės jėgos Izoterma bus nukreipta į viršų, garsas sumažės. |
| Kaip matematiškai parašytas pirmasis termodinamikos dėsnis? | Q = A ´ |
| Pabandykime suformuluoti šį dėsnį. | Visa dujoms perduodama šiluma panaudojama darbui atlikti. |
| Taisyklingai žiūrime į ekraną, atsargiai ir greitai rašome į sąsiuvinį, bet tik išsiplėtimui, o suspaudimui pildysime patys namuose. | |
| Kokiam procesui taikomas Charleso įstatymas? Kuris makroskopinis parametras nesikeičia? | Izochoriškumui. V - tūris |
| Kaip grafikas bus rodomas ašyse P (V) Izochorinis šildymas? Izochorinis aušinimas? | Tiesi linija, nukreipta į viršų. Tiesi linija žemyn. |
| O kaip energija? Dėl dujų darbų? Mes žiūrime į lentą. Šauniai padirbėta. | Pakeitimai. Darbas neatliekamas, nes garsumas nesikeičia. |
| Kaip I dėsnis bus parašytas matematiškai termodinamika? | ∆U = Q Vidinė dujų energija padidėja dėl tiekiamos šilumos. |
| Kokiam procesui reikalingas ryšys tarp vidinės energijos, darbo ir šilumos kiekio pokyčių? Ką galima pasakyti apie šio įstatymo matematinį rašymą? Mes žiūrime į ekraną, užpildome jį izobariniam šildymui, o namuose užpildome vėsinimui. | Dėl izobarinio. Įrašas nepasikeis. |
| Gamtoje ir technikoje tenka susidurti su procesais, kai nėra šilumos mainų su aplinka. Dujų tūrio ir slėgio keitimo procesas, kai nėra šilumos mainų su aplinka, vadinamas adiabatiniu. Kadangi nėra šilumos perdavimo, sistema nepriima? | Šilumos kiekis Q = 0 |
| Šauniai padirbėta! Matematiškai, kaip galime parašyti įstatymą, jei veikia pati sistema? | ∆U = - A' Vidinė dujų energija mažėja dėl to, kad pačios dujos veikia. Dujos atšaldomos. |
| Kaip bus skaitomas pirmasis termodinamikos dėsnis, jei darbą atlieka išorinės jėgos. | Vidinė dujų energija didėja dėl to, kad dirbama su dujomis. Dujos įkaista. ∆U = A |
| Žiūrime į lentelę, kaip atrodo adiabatas, jis pavaizduotas statesnis nei izoterma. Kur susitinkame su adiabatiniu procesu? Žemiau skaitome pirmąją 208 psl. 2 pastraipos eilutę Antros eilės puslapis 208 1 pastraipa iš apačios Trečioji eilutė 209 psl. 1 pastraipa aukščiau | Dyzelinas Dujų suskystinimo mašinose Debesų susidarymas. |
| Apibendrinkime, ko turėtume išmokti? Skaitome §80 pabaigoje, 209 p., paskutinę pastraipą tarp eilučių. |
Šauniai padirbėta! Taisome, tiksliau Ugdome įgūdžius ir gebėjimus spręsti tipines problemas
2 skaidrė
Pamokos tikslai:
2 Apžvelgti dujų dėsnių teoriją Apžvelgti 1-ąjį termodinamikos dėsnį Apsvarstykite 1-ojo termodinamikos dėsnio taikymą izoprocesams
3 skaidrė
3 Priekinė apklausa Temperatūra Slėgis Tūris Kokie makroparametrai gali būti nepakeisti? Procesai: izoterminiai, izobariniai, izochoriniai Kokius izoterminius procesus žinote?
4 skaidrė
Nustatykite izoproceso pavadinimo ir atitinkamo dėsnio atitikimą
4 Gėjaus Lussaco įstatymas Charleso įstatymas Boilio dėsnis
5 skaidrė
5 Nustatykite atitikimą tarp izoproceso pavadinimo ir atitinkamo grafo T V P T P V
6 skaidrė
6 Т = const, T = 0 Boyle-Mariotte dėsnis U = 0 Р = const Gay-Lussac dėsnis А = 0 Charleso dėsnis V = const V = 0
7 skaidrė
Adiabatinis procesas
7 Procesas, vykdomas be šilumos mainų su aplinka Q = 0. Dujų vidinės energijos pokytis atsiranda atliekant darbus.
8 skaidrė
8 http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/6cd0134b-bfec-4dcd-88bb- 88c63280df06 /% 5BPH10_06-014% 5D_% 5BIM_35% 5D.swf
9 skaidrė
10 skaidrė
10 Suformuluokite 1-ąjį termodinamikos dėsnį. Energija gamtoje neatsiranda iš nieko ir neišnyksta: energijos kiekis nekinta, ji tik pereina iš vienos formos į kitą. Energijos tvermės ir transformacijos dėsnis, išplėstas iki šiluminių reiškinių, vadinamas pirmuoju termodinamikos dėsniu.
11 skaidrė
11 Ką tai rodo? nuo kokių dydžių priklauso vidinės energijos pokytis?
12 skaidrė
12 Kokį matematinį žymėjimą turi 1 termodinamikos dėsnis? Jei atsižvelgsime į išorinių kūnų darbą (dujų darbą) Q = U + A1
13 skaidrė
14 skaidrė
14 Fizkultminutka Rašėme, nusprendėme Ir šiek tiek pavargę, Sukiojomės, apsivertėme, Pasilenkėme ir atsisėdome, Ir vėl esame pasiruošę rašyti Ir nuspręsti ir skaičiuoti
15 skaidrė
15 Kaip keičiasi vidinė kūno energija jam vėsstant? mažėja didėja nesikeičia
16 skaidrė
Dujos inde buvo suspaustos, atlikdamos 30 J darbą. Vidinė dujų energija padidėjo 25 J. Kas nutiko dujoms?
16 dujų davė Q = 5 J dujų gavo Q = 5 J dujų gavo Q = 55 J dujų davė 55 J
17 skaidrė
17 Idealios dujos perkeliamos iš 1 būsenos į 3 būseną, nes parodyta grafike. Kokį darbą atlieka dujos? 2P0 V0 P0 V0 0 4P0 V0
18 skaidrė
bandymas
18 C: \ Dokumentai ir nustatymai \ Vartotojas \ Darbalaukis \ 49562.oms testas
19 skaidrė
Uždavinys: A - 3 balai; B - 4 taškai; B – 5 taškai
19 Vertikaliai po stūmokliu esančiame cilindre yra dujų, kurių T = 323 K, užimančių V1 = 190 cm 3 tūrį. Stūmoklio masė M = 120 kg, jo plotas S = 50 cm 2. Atmosferos slėgis p0 = 100 kPa. Dujos įkaista iki T = 100 K. A. Nustatykite dujų slėgį po stūmokliu. B. Kiek pasikeis dujų užimamas tūris po šildymo? B. Raskite dujų darbą plečiant.
20 skaidrė
Problemos sprendimas
20 Duota: T1 = 323 K V1 = 190 cm3 M = 120 kg S = 50 cm2 P0 = 100 kPa T = 100 K A. P1 -? B.V-? K. A =? Sprendimas: A. Stūmoklį veikiamas slėgis lygus atmosferos slėgių ir paties stūmoklio slėgio sumai. P1 = P0 + P1 = 105 + = = 340 kPa
21 skaidrė
21 Sprendimas: 2. Užrašykite būsenos lygtį izobariniam Р = const Išspręskime gautą lygtį V1 (T1 + T) = T1 (V1 + V) V1 T1 + V1T = T1V1 + T1 V V1T = T1V V = V = 0,59 cm3
22 skaidrė
Sprendimas: 3. Dujų darbas plėtimosi metu nustatomas pagal formulę: A = p1V Išreiškimą p1 ir V jau gavome ankstesniuose žingsniuose. Taigi A = (P0 +) pakeiskite skaitines reikšmes ir raskite reikiamą reikšmę A = 20 J Atsakymas: A. P0 = 340 kPa B. V = 0,59 cm3 B. A = 20 J
23 skaidrė
Apibendrinkime problemos sprendimą
23 5 balai - pažymys "5" 4 balai - pažymys "4" 3 balai - pažymys "3"
Pamokos tema šia tema:
„Pirmasis termodinamikos dėsnis“
Abramova Tamara Ivanovna, fizikos mokytoja
Tikslai: 1. Švietimo- suformuluoti 1 termodinamikos dėsnį; apsvarstyti iš to kylančias pasekmes.
2. Besivystantis - psichinės veiklos metodų (analizė, palyginimas, apibendrinimas), kalbos ugdymas (fizinių sąvokų, terminų turėjimas), pažintinio mokinių susidomėjimo ugdymas.
3. Švietimo- mokslinės pasaulėžiūros formavimas, stabilaus domėjimosi dalyku, teigiamo požiūrio į žinias ugdymas.
Organizacinės mokymo formos ir metodai:
- Tradicinis – pokalbis įvadiniame pamokos etape
- Probleminis – naujos mokomosios medžiagos mokymasis pateikiant klausimus
Mokymosi priemonės:
- Inovatyvu – kompiuteris, multimedijos projektorius
- Spausdinta – testinės užduotys
Užsiėmimų metu:
- Laiko organizavimas
- Namų darbų peržiūra:
- Kokiais būdais galima pakeisti vidinę sistemos energiją? (dėl darbų atlikimo arba dėl šilumos mainų su aplinkiniais kūnais)
- Kaip veikia dujos ir vidinių jėgų darbas esant pastoviam slėgiui? (A g = -A ext = p ΔV)
- Miltai iš po girnų išeina karšti. Duona taip pat išimama iš orkaitės, kol ji karšta. Kas kiekvienu iš šių atvejų lemia miltų ir duonos vidinės energijos padidėjimą? (Miltai - dirbantys, duona - dėl šilumos mainų)
- Medicinos praktikoje dažnai naudojami šildantys kompresai, kaitinimo pagalvėlės, masažas. Kokie vidinės energijos keitimo būdai šiuo atveju naudojami? (šilumos mainai ir darbų atlikimas)
- Naujos medžiagos paaiškinimas:
Ar tu tai žinai mechaninė energija niekada neišnyksta be pėdsakų.
Švino gabalėlis kaitinamas po plaktuko smūgiais, šildomas šaltas šaukštelis, pamirkytas karštoje arbatoje.
Stebėjimų ir eksperimentinių faktų apibendrinimų pagrindu buvo suformuluotas energijos tvermės dėsnis.
Energija gamtoje neatsiranda iš nieko ir neišnyksta: energijos kiekis nekinta, ji tik pereina iš vienos formos į kitą.
Įstatymą XIX amžiaus viduryje atrado vokiečių mokslininkas R. Mayeris ir anglų mokslininkas D. Joule. Tikslią įstatymo formuluotę pateikė vokiečių mokslininkas G. Helmholcas.
Mes svarstėme procesus, kurių metu vidinė sistemos energija kinta dėl darbo arba dėl šilumos mainų su aplinkiniais kūnais (1 skaidrė)
Ir kaip keičiasi sistemos vidinė energija bendras atvejis? (2 skaidrė)
Pirmasis termodinamikos dėsnis suformuluotas būtent bendram atvejui:
ΔU = Aout + Q
Dujos = - Išorinis,
Q = ΔU + Ag
Pasekmės:
- Sistema yra izoliuota (A = O, Q = 0)
Tada Δu = u2-u1 = 0 arba u1 = u2 -Izoliuotos sistemos vidinė energija išlieka nepakitusi
- Neįmanoma sukurti amžinojo judesio mašinos - įrenginio, galinčio atlikti darbą neišleidžiant kuro.
Q = ΔU + Ag, Q = 0,
Ar = - ΔU. Išnaudojus energijos tiekimą, variklis nustos veikti.
- Inkaravimas
(darbas su navigatoriumi - išvestis apibendrinta)
1 problemos sprendimas
Atsakymo tikrinimas (3 skaidrė)
2 problemos sprendimas
Atsakymo tikrinimas (4 skaidrė)
- Išvada (5 skaidrė)
- Atspindys
(Kam patiko pamoka – pakelkite rankas „nykščių į viršų“ gestu (6 skaidrė), kam nepatiko – pakelkite rankas gestu „nykščiai žemyn“ (7 skaidrė)
- Namų darbai: 78 p., pratimas. 15 (2,6)
Navigatorius
Tema: „I termodinamikos dėsnis“.
Energijos tvermės ir transformacijos dėsnis, išplėstas ir šiluminiams reiškiniams.
Vidiniai energijos pokyčiai:
PROBLEMA:
Kaip apskritai keičiasi vidinė energija?
ΔU = A ext + Q
Išvestis:
- Sistemos vidinės energijos pokytis sistemai pereinant iš vienos būsenos į kitą yra lygus išorinių jėgų darbo ir sistemai perduodamos šilumos kiekio sumai.
- Ar = - A išorinis
Ugdymo tikslas: pasiekti, kad studentai įsisavintų šilumos procesų energijos tvermės ir transformacijos dėsnį – pirmąjį termodinamikos dėsnį; parodyti praktinę įstatymo reikšmę
Pagrindinės žinios ir gebėjimai: išmanyti įstatymų formulavimą, adiabatinio proceso apibrėžimą ir mokėti interpretuoti natūralus fenomenas remiantis termodinamikos dėsniais
Organizacinis momentas (informacinis pamokos planas) 1 SKAIDRĖ
Studijuotos medžiagos kartojimas: grafike įvardykite įvairius procesus, kiekvienam skyriui pasirinkite formules, atsakykite į klausimus 2 - 4 SKAIDRĖS
1. Kodėl abiejose srityse temperatūra nesikeičia?
2. Kas nutinka kiekvienoje vietoje esančioms molekulėms?
3. Kokiais atvejais Q> 0 ir Q<0?
4. Kokia medžiagos būklė šiose srityse?
5. Apibrėžkite izoprocesus.
6. Kas vadinama vidine energija ir nuo ko ji priklauso?
7. Kada veikia dujos? Nuo ko priklauso darbo ženklas?
8. Kas vadinamas šilumos kiekiu?
9. Kokiomis formulėmis apskaičiuojame šilumos kiekį?
3. Problemų sprendimas. Kol vyksta žodinė apklausa, likę mokiniai toliau sprendžia problemas
šilumos kiekio apskaičiavimas pagal variantus 5 SKAIDRĖ
Problemų sprendimo tikrinimas
Kartojimas: būdai, kaip pakeisti vidinę energiją
Kartojimas: energijos tvermės dėsnis ir jo pasireiškimo gamtoje pavyzdžiai
Pirmasis termodinamikos dėsnis: apibrėžimas ir formulė (užsirašykite)
Pirmasis izochorinio proceso termodinamikos dėsnis (užsirašykite)
Pirmasis izoterminio proceso termodinamikos dėsnis (užsirašykite)
Pirmasis izobarinio proceso termodinamikos dėsnis (užsirašykite)
Adiabatinis procesas (užsirašykite). Apsvarstykite pavyzdžius
Šilumos balanso lygtis (užsirašykite)
Šilumos balanso lygties uždavinio sprendimo pavyzdys (užsirašykite)
Pamokos santrauka:
1. Pirmojo dėsnio formulavimas
2. Kaip keičiasi lygtis skirtingiems procesams?
3. Koks procesas vadinamas adiabatiniu?
4. Adiabatinių procesų pavyzdžiai?
5. Kodėl atmosfera atvėsta nutolusi nuo Žemės paviršiaus?
15. Namų darbai:
Žinokite įstatymo formuluotę
Pirmasis termodinamikos dėsnis
Fig. 3.9.1 sutartinai vaizduoja energijos srautus tarp pasirinktos termodinaminės sistemos ir aplinkinių kūnų. Q> 0 reikšmė, jei šilumos srautas nukreiptas į termodinaminę sistemą. Reikšmė A> 0, jei sistema atlieka teigiamą poveikį aplinkiniams kūnams.
3.9.1 pav.
Energijos mainai tarp termodinaminės sistemos ir aplinkinių kūnų dėl šilumos mainų ir atliekamo darbo.
Jei sistema keičia šilumą su aplinkiniais kūnais ir atlieka darbą (teigiamą arba neigiamą), tai keičiasi sistemos būsena, tai yra, keičiasi jos makroskopiniai parametrai (temperatūra, slėgis, tūris). Kadangi vidinę energiją U vienareikšmiškai lemia sistemos būseną apibūdinantys makroskopiniai parametrai, iš to išplaukia, kad šilumos mainų procesus ir darbų atlikimą lydi sistemos vidinės energijos ΔU pokytis.
Pirmasis termodinamikos dėsnis yra termodinaminės sistemos energijos tvermės ir transformacijos dėsnio apibendrinimas. Jis suformuluotas taip:
Neizoliuotos termodinaminės sistemos vidinės energijos pokytis ΔU lygus skirtumui tarp sistemai perduoto šilumos kiekio Q ir sistemos atliekamo darbo A virš išorinių kūnų.
Santykis, išreiškiantis pirmąjį termodinamikos dėsnį, dažnai rašomas kitokia forma:
Sistemos gaunamas šilumos kiekis naudojamas jos vidinei energijai keisti ir išoriniams kūnams dirbti.
Pirmasis termodinamikos dėsnis yra eksperimentinių faktų apibendrinimas. Pagal šį dėsnį energija negali būti sukurta ar sunaikinta; jis perduodamas iš vienos sistemos į kitą ir keičiasi iš vienos formos į kitą. Svarbi pirmojo termodinamikos dėsnio pasekmė yra teiginys apie tai, kad neįmanoma sukurti mašinos, galinčios atlikti naudingą darbą, nenaudodamos energijos iš išorės ir be jokių pokyčių pačios mašinos viduje. Tokia hipotetinė mašina vadinama pirmosios rūšies perpetuum mobile. Daugybė bandymų sukurti tokią mašiną visada baigėsi nesėkme. Bet kuri mašina gali atlikti teigiamą darbą A ant išorinių kūnų tik gaudama tam tikrą šilumos kiekį Q iš aplinkinių kūnų arba sumažindama savo vidinę energiją ΔU.
Pirmąjį termodinamikos dėsnį taikykime izoprocesams dujose.
Izochoriniame procese (V = const) dujos neveikia, A = 0. Todėl
Q = ΔU = U (T2) - U (T1).
Čia U (T1) ir U (T2) yra pradinės ir galutinės dujų vidinės energijos. Idealių dujų vidinė energija priklauso tik nuo temperatūros (Džaulio dėsnis). Izochorinio šildymo metu dujos sugeria šilumą (Q> 0), o jų vidinė energija didėja. Atvėsus šiluma perduodama išoriniams kūnams (Q< 0).
Izobariniame procese (p = const) dujų atliktas darbas išreiškiamas ryšiu
A = p (V2 - V1) = pΔV.
Pirmasis izobarinio proceso termodinamikos dėsnis suteikia:
Q = U (T2) - U (T1) + p (V2 - V1) = ΔU + pΔV.
Kai izobarinis plėtimasis Q> 0, dujos sugeria šilumą ir dujos atlieka teigiamą darbą. Esant izobariniam suspaudimui Q< 0 - тепло отдается внешним телам. В этом случае A < 0. Температура газа при изобарном сжатии уменьшается, T2 < T1; внутренняя энергия убывает, ΔU < 0.
Izoterminiame procese dujų temperatūra nekinta, todėl nekinta ir dujų vidinė energija, ΔU = 0.
Pirmasis izoterminio proceso termodinamikos dėsnis išreiškiamas ryšiu
Šilumos kiekis Q, kurį dujos gauna izoterminio plėtimosi procese, virsta išorinių kūnų darbu. Esant izoterminiam suspaudimui, išorinių jėgų, veikiančių dujas, darbas virsta šiluma, kuri perduodama aplinkiniams kūnams.
Kartu su izochoriniais, izobariniais ir izoterminiais procesais termodinamika dažnai atsižvelgia į procesus, kurie vyksta nesant šilumos mainų su aplinkiniais kūnais. Indai su karščiui nepralaidžiomis sienelėmis vadinami adiabatiniais apvalkalais, o dujų išsiplėtimo ar susitraukimo procesai tokiuose induose – adiabatiniais.
Modelis. Adiabatinis procesas.
Adiabatiniame procese Q = 0; todėl pirmasis termodinamikos dėsnis įgauna formą
tai yra, dujos veikia dėl savo vidinės energijos praradimo.
Plokštumoje (p, V) dujų adiabatinio plėtimosi (arba susitraukimo) procesas pavaizduotas kreive, vadinama adiabatu. Adiabatinio plėtimosi metu dujos atlieka teigiamą darbą (A> 0); todėl jo vidinė energija mažėja (ΔU< 0). Это приводит к понижению температуры газа. Вследствие этого давление газа при адиабатическом расширении убывает быстрее, чем при изотермическом расширении (рис. 3.9.2).
3.9.2 pav.
Idealiųjų dujų izotermų (raudonų kreivių) ir adiabatų (mėlynųjų kreivių) šeimos.
Termodinamikoje išvesta idealių dujų adiabatinio proceso lygtis. Koordinatėse (p, V) ši lygtis turi formą
Šis santykis vadinamas Puasono lygtimi. Čia γ = Cp / CV yra adiabatinis eksponentas, Cp ir CV yra dujų šiluminė talpa procesuose esant pastoviam slėgiui ir pastoviam tūriui (žr. §3.10). Vienaatominėms dujoms – dviatomėms – daugiaatomėms
Dujų darbas adiabatiniame procese tiesiog išreiškiamas pradinės ir galutinės būsenos T1 ir T2 temperatūromis:
A = CV (T2 - T1).
Adiabatinis procesas taip pat gali būti vadinamas izoprocesais. Termodinamikoje svarbų vaidmenį atlieka fizikinis dydis, vadinamas entropija (žr. §3.12). Bet kurio kvazistatinio proceso entropijos pokytis yra lygus sistemos gautai sumažintai šilumai ΔQ / T. Kadangi bet kurioje adiabatinio proceso vietoje ΔQ = 0, šio proceso entropija išlieka nepakitusi.
Adiabatinis procesas (kaip ir kiti izoprocesai) yra kvazistatinis procesas. Visos tarpinės dujų būsenos šiame procese yra artimos termodinaminės pusiausvyros būsenoms (žr. §3.3). Bet kuris adiabato taškas apibūdina pusiausvyros būseną.
Ne kiekvienas procesas, atliekamas adiabatiniame apvalkale, ty be šilumos mainų su aplinkiniais kūnais, atitinka šią sąlygą. Nekvazistatinio proceso, kai tarpinės būsenos yra nesubalansuotos, pavyzdys yra dujų išsiplėtimas į tuštumą. Fig. 3.9.3 pavaizduotas standus adiabatinis apvalkalas, susidedantis iš dviejų susisiekiančių indų, atskirtų vožtuvu K. Pradinėje būsenoje dujos užpildo vieną iš indų, o kitame inde – vakuumą. Atidarius vožtuvą, dujos išsiplečia, užpildo abu indus ir susidaro nauja pusiausvyros būsena. Šiame procese Q = 0, nes nevyksta šilumos mainai su aplinkiniais kūnais, o A = 0, nes apvalkalas nedeformuojamas. Iš pirmojo termodinamikos dėsnio išplaukia: ΔU = 0, t.y. vidinė dujų energija išlieka nepakitusi. Kadangi idealių dujų vidinė energija priklauso tik nuo temperatūros, dujų temperatūra pradinėje ir galutinėje būsenoje yra vienoda – plokštumos taškai (p, V, žymintys šias būsenas, yra toje pačioje izotermoje. Visos tarpinės dujų būsenos yra nesubalansuotos ir negali būti pavaizduotos diagramoje.
