Основы термодинамики

1.

БПОУ ВО «Борисоглебскмедколледж»
Тема занятия:
«Основы
термодинамики»
Преподаватель физики
Оболенская Н.С.

2.

3.

Внутренняя энергия (U)
U Eп Ек
Еп –
суммарная потенциальная энергия взаимодействия
молекул
Ек –
суммарная кинетическая энергия движения молекул
Для идеального газа: Еп = 0, U=Eк

4.

Ек Е N
3
Е kT
2
N N А
3
U Ек Е N kT N А
2
k NА R
3
3
3 m
U RT
RT pV
2
2
2M
-внутренняя
энергия
идеального
одноатомного
газа

5. В общем виде:

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)

6. Изменение внутренней энергии тела ΔU

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

7. Работа в термодинамике

Работа газа:
A p(V2 V1) p V
Работа внешних сил:
A A

8. Работа газа в изопроцессах

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

9. При изобарном процессе (Р=const):

• При изобарном процессе (Р=const):
A p V
P
1
2
P
Изобарное расширение
A 0
V
V1
V2

10.

11.

Изобарный процесс (
р
F
const
)
S*
A F S cos α
S h 2 h1
F рS *
A рS* (h2 h1) р V
S
F
h2
h1
A рV2 pV1 RT2 RT1
A р V R T
p
Работа в термодинамике численно
равна площади фигуры под графиком
процесса в координатах р(V)
p
0
1
V
2
р
V1
V2 V

12. При изотермическом процессе (Т=const):

•При изотермическом процессе (Т=const):
m
V2
A
RT ln
M
V1
P
1
Изотермическое расширение
A 0
2
Р2
V1
V2
V

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

Процесс
Нагревание или
охлаждение
Формула
Q cm T
С – удельная теплоёмкость
вещества [ Дж/кг 0К],
m – масса [кг],
ΔT – изменение температуры [ 0K].
Кипение или
конденсация
Q rm
Плавление или
кристаллизация
удельная теплота плавления
Q m λвещества [ Дж/кг ]
Сгорание
топлива
Q qm
r – удельная теплота
парообразования [ Дж/кг ]
q – удельная теплота сгорания
топлива [ Дж/кг ]

14. Если в изолированной системе происходит теплообмен между несколькими телами, то

Q1 Q2 Q3 ... 0
- уравнение
теплового баланса

15. Первый закон термодинамики

16. Первый закон термодинамики

Изменение внутренней энергии системы при
переходе ее из одного состояния в другое
равно сумме работы внешних сил и количества
теплоты, переданного системе:
U Q A
Если А - работа внешних сил, а А' - работа газа, то
А = - А' (в соответствии с 3-м законом Ньютона).
Тогда:
Q U A
другая форма записи первого закона термодинамики
16

17. Применение первого закона термодинамики к различным процессам

Процесс
Изохорный
Постоянный Первый закон
параметр
термодинамики
V = const
A'=0, ΔU = Q
Изотермический Т = const
ΔU =0, Q = A'
Изобарный
p = const
Q = ΔU + A'
Адиабатный –
Q = const
Q =0, ΔU = -A'
процесс, проходящий без
теплообмена с
окружающей средой

18. Второй закон термодинамики

19. Формулировка закона: Невозможно перевести тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных

изменений в обеих системах или в
окружающих телах

20.

21. КПД тепловых двигателей

22.

Тепловые двигатели – это
устройства, превращающие
внутреннюю энергию топлива
в механическую работу

23. Тепловые двигатели

Машины, преобразующие внутреннюю энергию в
механическую работу, называют тепловыми двигателями
Тепловые
двигатели
Двигатели
внутреннего
сгорания
Карбюраторные
(внешнее
смесеобразование)
Паровые
двигатели
Дизельные
(внешнее
смесеобразование)
Турбины
Паровые
Газовые
23

24.

Принцип действия тепловых двигателей
Т1 – температура
нагревателя
Т2 – температура
холодильника
Q1 – количество
теплоты,
полученное от
нагревателя
Q2 – количество
теплоты, отданное
холодильнику

25.

Нагреватель Тн
КПД тепловых машин
Qн
А Qн Qх
Qн
Qн
Рабочее тело
(Газ)
Qх
Холодильник Тх
А
Qх
1
Qн
1 или 100%

26.

Цикл Карно – самый эффективный
цикл, имеющий максимальный КПД
max
Т н Т х
Tн