Тема:«Основы термодинамики. Внутренняя энергия. Работа газа. Количество теплоты».
Содержание
Внутренняя энергия
Внутренняя энергия идеального одноатомного газа.
Внутренняя энергия идеального одноатомного газа
В общем виде:
Изменение внутренней энергии тела ΔU
Работа в термодинамике
Работа в термодинамике
Работа газа при изопроцессах
При изобарном процессе (Р=const):
При изотермическом процессе (Т=const):
Количество теплоты – часть внутренней энергии, которую тело получает или теряет при теплопередаче
Уравнение теплового баланса:
Первое начало термодинамики.
Тема: Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей
4.31M
Категория: ФизикаФизика

Внутренняя энергия идеального газа. Термодинамика. Лекция 3.2

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

2. Содержание

• Внутренняя энергия
• Работа в термодинамике
• Количество теплоты
_________
Определение: Термодинамика – теория тепловых
процессов, в которой не учитывается
молекулярное строение тел.

3. 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]
U= Ек +Еp

4. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа.

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

5. Внутренняя энергия идеального одноатомного газа

3 m
U
RT
2M

6.

Так как
m
pV RT
M
- уравнение Клапейрона –
Менделеева,
то внутренняя энергия:
3
U pV
2
5
U pV
2
- для одноатомного газа
- для двухатомного газа.

7. 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)

8.

Изменение внутренней энергии:

9.

10. Изменение внутренней энергии тела ΔU

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

11. Работа в термодинамике

12.

Работа в термодинамике – работа сил, приложенных к
внешним телам со стороны системы при её деформации.
Работа газа численно равна площади фигуры под графиком
зависимости давления от объёма в координатах p, V
Расширение газа
p
p
2
2
1
Сжатие газа
p
A>0
V1
1
A<0
V2
V
V1
V2
V
AГ p (V2 V1 ) p V - работа газа
Aвн AГ p V - работа внешних сил

13. Работа в термодинамике

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

14. Работа газа при изопроцессах

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

15. При изобарном процессе (Р=const):

A p V
P
1
2
P
A 0
Изобарное расширение
V1
V2
V

16. При изотермическом процессе (Т=const):

Изотермическое расширение
P
1
A 0
2
Р2
V1
V2
V

17.

18.

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

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

20.

21.

22. Уравнение теплового баланса:

23. Первое начало термодинамики.

24.

25. Тема: Коэффициент полезного действия (КПД) тепловых двигателей

26.

Развитие техники зависит от умения
использовать громадные запасы внутренней
энергии. Использовать эту энергию - это
значит совершать за ее счет полезную работу.
Рассмотрим источники, которые совершают
работу за счет внутренней энергии.

27.

28.

Вся
ли тепловая энергия превращается в
тепловых двигателях в механическую энергию?
Любой тепловой двигатель превращает в
механическую энергию только часть той
энергии, которая выделяется топливом.
Для характеристики экономичности различных
двигателей введено понятие КПД
(коэффициент полезного действия) двигателя.

29.

Нагреватель
Передает количество
теплоты Q1 рабочему телу
Q1
Совершает работу:
рабочее
тело
Q2
холодильник
A=Q1 −|Q 2|
Потребляет часть полученного
количества теплоты Q2

30.

КПД замкнутого цикла
|Q 2|
A Q 1 −|Q 2|
η=
=
=1−
|Q 1|
Q1
Q1
Q1 – количество теплоты полученное от нагревания
Q1>Q2
Q2 - количество теплоты отданное холодильнику
Q 2<Q 1
A’ = Q 1- |Q 2| - работа совершаемая двигателем за цикл
η<1

31.

32.

Цикл C. Карно
T 1 −T 2
T2
η max =
=1−
T1
T1
¿
T1 – температура нагревания
Т2 – температура холодильника

33.

Виды тепловых двигателей
Паровой
двигатель
Двигатель
внутреннего
сгорания
Паровая
турбина
Дизельный
двигатель
Газовая
турбина
Реактивный
двигатель

34.

Характеристики тепловых двигателей
Двигатели
Мощность, кВт
КПД, %
ДВС:
карбюраторный
дизельный
1 – 200
15 - 2200
25
35
Турбины:
паровые
газовые
3 105
12 105
30
27
Реактивный
3 107
80

35.

КПД теплового двигателя
= (А / Q1 ) 100%
= А п / Аз
= ( Q1-Q2 / Q1 ) 100%
= А п/ Аз
ВСЕГДА!
Почему?
= А п/ Аз
00%

36.

Качественные задачи:
1. Один из учеников при решении
получил ответ, что КПД теплового
двигателя равен 200%. Правильно ли
решил ученик задачу?
2. КПД теплового двигателя 45%. Что
означает это число?

37.

Ответы:
1. Нет. КПД теплового двигателя не
может быть равен 200%, т. к. он всегда
00%.
2. КПД теплового двигателя 45%
означает, что только 45% от теплоты,
переданной рабочему телу (газу), идет
на совершение полезной работы.
English     Русский Правила