ТЕРМОДИНАМИКА Подготовка к ЕГЭ Муниципальное Бюджетное Общеобразовательное Учреждение

ТЕРМОДИНАМИКА Подготовка к ЕГЭ Муниципальное Бюджетное Общеобразовательное Учреждение “Средняя Общеобразовательная Школа”№ 49

ЦЕЛЬ: ПОВТОРИТЬ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ЗАКОНЫ И ФОРМУЛЫ ПО ТЕМЕ “ТЕРМОДИНАМИКА”, И СОСТАВИТЬ КИМ ПО ТЕМЕ “ТЕРМОДИНАМИКА”

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ: ЗАДАЧИ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЕЙ ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ СДАЧИ ЕГЭ Практическое значение работы заключается в том , что данные материалы могут быть использованы для ЕГЭ

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Теоретический материал по теме “Термодинамика” 2. Задачи различных уровней по теме “Термодинамика” 3. Литература и интернет ресурсы

Термодинамика. Основные понятия. • Термодинамика – это наука о тепловых явлениях. • Термодинамика рассматривает изолированные системы тел, находящиеся в состоянии термодинамического равновесия - в таких системах прекратились все наблюдаемые макроскопические процессы. • Основное свойство термодинамически равновесной системы - выравнивание температуры всех ее частей; • Термодинамический процесс - переход из одного в другое равновесное состояние • Процессы, состоящие из последовательности равновесных состояний, называются квазистатическими.

Внутренняя энергия • Внутренняя энергия вещества складывается из кинетической энергии всех атомов и молекул и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом; • Внутренняя энергия U тела однозначно определяется макроскопическими параметрами, характеризующими состояние тела; • Внутренняя энергия U тела зависит наряду с температурой T также и от объема V; • Внутренняя энергия является функцией состояния; i = 3 для одноатомного газа; • U = U(T, V) i = 5 для двухатомного газа; i = 6 для многоатомного газа; • Внутренняя энергия тела может изменяться, если действующие на него внешние силы совершают работу (положительную или отрицательную). Учитывая уравнение i – степень состояния идеального газа свободы

Термодинамика. Работа газа. • Если газ подвергается сжатию в цилиндре под поршнем, то внешние силы совершают над газом некоторую положительную работу A`; • Если объем газа изменился на малую величину ΔV, то газ совершает работу • p. SΔx = pΔV, • где p – давление газа, S – площадь поршня, Δx – его перемещение; Работа численно равна площади Три различных пути перехода под графиком процесса на из состояния (1) в состояние (2). диаграмме (p, V). Во всех трех случаях газ Величина работы зависит от того, каким совершает разную работу, путем совершался переход из равную площади под начального состояния в конечное. графиком процесса.

Тепловое равновесие • При тепловом контакте две системы приходят в состояние теплового равновесия. • Две системы находятся в состоянии теплового равновесия, если при контакте через диатермическую перегородку параметры состояния обеих систем не изменяются;

Теплопередача. Виды теплопередачи

Теплопередача. Виды теплопередачи • ТЕПЛОПЕРЕДАЧА (или теплообмен) - один из способов изменения внутренней энергии тела (или системы тел), при этом внутренняя энергия одного тела переходит во внутреннюю энергию другого тела без совершения механической работы. • Теплота способна переходить только от тела с более высокой температурой к телу менее нагретому • Теплообмен всегда протекает так, что убыль внутренней энергии одних тел всегда сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене. Это является частным случаем закона сохранения энергии.

Виды теплопередачи. Теплопроводность. • Теплопроводность - перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов и т. п. ), который приводит к выравниванию температуры тела. • Не сопровождается переносом вещества! • Этот вид передачи внутренней энергии характерен как для твердых веществ, так и для жидкостей и газов. • Теплопроводность различных веществ разная. • Металлы обладают самой высокой теплопроводностью, причем у разных металлов теплопроводность отличается. • Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости.

Виды теплопередачи. Конвекция. • Конвекция - вид теплопередачи, при котором энергия передается потоками (струями) вещества. • Характерна для жидкостей и газов.

Виды теплопередачи. Излучение. • Излучение - вид теплопередачи, при котором энергия передается с помощью электромагнитных волн (преимущественно инфракрасного диапазона). • Может происходить в вакууме

Количество теплоты. Удельная теплоемкость вещества • Энергия, переносимая от одной системы к другой только за счет разницы в температурах этих систем, называется количеством теплоты Удельная теплоемкость С — это количество теплоты, которое получает или отдает тело массой 1 кг при изменении ЕГО ТЕМПЕРАТУРЫ НА 1 К.

Количество теплоты. Удельная теплоемкость вещества • Энергия, переносимая от одной системы к другой только за счет разницы в температурах этих систем, называется количеством теплоты Количество теплоты, необходимое для нагревания (выделившаяся при остывании) тела Количество теплоты, необходимое для плавления (выделившаяся при кристаллизации) тела Количество теплоты, необходимое для парообразования (выделившаяся при конденсации) тела Испарение Плавление Нагревание Конденсация Кристаллизация Остывание

Первый закон термодинамики • Обмен энергией между термодинамической системой и окружающими телами в результате теплообмена и совершаемой работы Q = ΔU + A I закон термодинамики: Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами • Важным следствием первого закона термодинамики является утверждение о невозможности создания машины, способной совершать полезную работу без потребления энергии извне и без каких-либо изменений внутри самой машины. Такая гипотетическая машина получила название вечного двигателя (perpetuum mobile) первого рода.

Первый закон термодинамики I закон термодинамики: Q = ΔU + A Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами • • В изохорном В изобарном В изотермическом В адиабатическом процессе температура процессе газа не изменяется, (V = const) газ (p = const) Q = 0 следовательно, не работы не изменяется и внутренняя совершает, A = 0 энергия газа, ΔU = 0 • Q = ΔU Q = A A = –ΔU • Q = ΔU + pΔV Адиабатический процесс - процесс, протекающий в отсутствие теплообмена с окружающими телами

Второй закон термодинамики • Многие тепловые процессы могут протекать только в одном направлении. Такие процессы называются необратимыми. • Обратимыми процессами называют процессы перехода системы из одного равновесного состояния в другое, которые можно провести в обратном направлении через ту же последовательность промежуточных равновесных состояний. Первая формулировка (Клаузиус, 1850 год): невозможен процесс, при котором тепло самопроизвольно переходит от тел менее нагретых к телам более нагретым. • Вторая формулировка (Томсон, 1851 год) невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет уменьшения внутренней энергии теплового резервуара. Третья формулировка (Оствальд, 1901 год): невозможен вечный двигатель второго рода.

Принципы действия тепловых машин Тепловым двигателем называется устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу. • Механическая работа в тепловых двигателях производится в Круговой процесс на процессе расширения некоторого вещества, которое называется . диаграмме (p, V). рабочим телом. abc – кривая • Реально существующие тепловые двигатели (паровые машины, расширения, двигатели внутреннего сгорания и т. д. ) работают циклически. cda – кривая сжатия. • Процесс теплопередачи и преобразования полученного Работа A в круговом количества теплоты в работу периодически повторяется. Для процессе равна этого рабочее тело должно совершать круговой процесс или площади фигуры abcd термодинамический цикл, при котором периодически восстанавливается исходное состояние. Тепловой резервуар с более высокой температурой называют нагревателем, а с более низкой – холодильником.

КПД тепловой машины Цикл Карно С. Карно выразил • Q 1 - количество теплоты, • В 1824 году французский инженер коэффициент полезного С. Карно рассмотрел круговой процесс, которое рабочее тело состоящий из двух изотерм и двух действия цикла через получает от нагревателя; адиабат. Изотерма температуры нагревателя T 1 • Q 2 - количество теплоты, и холодильника T 2 ηКарно = ηmax которое рабочее тело Адиабата Цикл Карно – наиболее Адиабата отдает холодильнику эффективный круговой процесс из • Полное количество теплоты всех возможных при заданных температурах нагревателя и Q, полученное рабочим холодильника: Изотерма телом за цикл, равно Q = Q 1 – |Q 2| = А Работа A, совершаемая рабочим телом за цикл, равна полученному за цикл количеству теплоты Q. Отношение работы A к количеству теплоты Q 1, полученному рабочим телом за цикл от нагревателя, называется коэффициентом полезного действия η тепловой машины:

КПД тепловой машины Структура тепловых машин Холодильные машины

РАССМОТРИМ ЗАДАЧИ:

При изотермическом увеличении давления одного моля идеального одноатомного газа, его внутренняя энергия 1) увеличивается 2) уменьшается 3) увеличивается или уменьшается в зависимости от исходного объема 4) не изменяется

Температура медного образца массой 100 г повысилась с 20 до 60 градусов. Какое количество теплоты получил образец? 1)760 Дж 2) 1 520 Дж 3) 3 040 Дж 4) 2 280 Дж

Внутренняя энергия монеты увеличивается, если ее 1) заставить вращаться 2) заставить двигаться с большей скоростью 3) подбросить вверх 4) подогреть

На рисунке приведена зависимость температуры твердого тела от полученного им количества теплоты. Масса тела 2 кг. Какова удельная теплоемкость вещества этого тела? 1) 25 Дж/кг*К 2) 625 Дж/кг*К 3)2500 Дж/кг*К 4) 1000 Дж/кг*К

При каком процессе остается неизменной внутренняя энергия 1 моль идеального газа? 1) при изобарном расширении 2) при изохорном нагревании 3) при адиабатном сжатии 4) при изотермическом сжатии

Если идеальный газ совершил работу 300 Дж и при этом внутренняя энергия газа уменьшилась на 300 Дж, то газ в этом процессе 1) отдал 600 Дж 2) отдал 300 ДЖ 3) получил 300 Дж 4) не отдал и не получил теплоту

При переходе из состояния 1 в состояние 3 газ совершает работу 1) 2 к. Дж 2) 4 к. Дж 3) 6 к. Дж 4) 8 к. Дж

В процессе эксперимента внутренняя энергия газа уменьшилась на 40 к. Дж, и он совершил работу 35 к. Дж. Следовательно, в результате теплообмена газ отдал окружающей среде количество теплоты, равное 1) 75 к. Дж 2) 40 к. Дж 3) 35 к. Дж 4) 5 к. Дж

ЕГЭ 2005 г. B 1 Внутренняя энергия молей одноатомного идеального газа равна U. Газ занимает объем V. R — универсальная газовая постоянная. Чему равны давление и температура газа? Установите соответствие между физическими величинами и выражениями для них. ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА А) давление газа Б) температура газа 1. 2 U/(3 V) 2. U/(v. V) 3. 2 U/(3 v. R) 4. U/v. R

Используя первый закон термодинамики, установите соответствие между особенностями теплового процесса в идеальном газе и его названием. К каждому элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго и внесите в строку ответов выбранные цифры под соответствующими буквами. ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВОГО ПРОЦЕССА А) Все передаваемое газу количество теплоты идет на совершение газом работы Б) Изменение внутренней энергии газа равно количеству переданной теплоты, при этом газ не совершает работы НАЗВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ПРОЦЕССА 1) изохорный 2) изотермический 3) изобарный 4) адиабатный

C 1 На диаграмме представлены изменения давления и объема идеального одноатомного газа. Какое количество теплоты было получено или отдано газом при переходе из состояния 1 в состояние 3?

1. При переходе из начального в конечное состояние объем газа уменьшился, внешние силы над газом совершили работу А. Выполняется первый закон термодинамики. Переданное газу количество теплоты Q равно разности изменения внутренней энергии газа и работы А, совершенной над газом.

2. Внутренняя энергия идеального газа в состояниях 1 и 3 выражается через значения давления и объема газа. Работа А при переходе газа из состояния 1 в состояние 3 равна площади под графиком диаграммы в единицах (р, V):

3. Получение правильного численного значения количества теплоты. Отрицательное значение величины Q означает, что газ отдал количество теплоты Q.

/ http: //www. edu. delfa. net/CONSP/mkt 8. html Берков, А. В. и др. Самое полное издание типовых вариантов реальных заданий ЕГЭ 2010, Физика [Текст]: учебное пособие для выпускников. ср. учеб. заведений / А. В. Берков, В. А. Грибов. – ООО "Издательство Астрель", 2009. – 160 с. Касьянов, В. А. Физика, 11 класс [Текст]: учебник для общеобразовательных школ / В. А. Касьянов. – ООО "Дрофа", 2004. – 116 с. Класс!ная физика для любознательных. ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ / http: //class-fizika. narod. ru/8_class. htm Мякишев, Г. Я. и др. Физика. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразовательных школ / учебник для общеобразовательных школ Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев. –" Просвещение ", 2009. – 166 с. Открытая физика [текст, рисунки]/ http: //www. physics. ru Подготовка к ЕГЭ /http: //egephizika Силы в механике/ http: //egephizika. 26204 s 024. edusite. ru/Dsw. Media/mehanika 3. htm Тепловое равновесие. Температура. Количество теплоты и теплопередача/ http: //artur 1253. rbcmail. ru/glava 3. html ТЕПЛОПЕРЕДАЧА Три закона Ньютона / http: //rosbrs. ru/konkurs/web/2004 Федеральный институт педагогических измерений. Контрольные измерительные материалы (КИМ) Физика //[Электронный ресурс]// http: //fipi. ru/view/sections/92/docs/ Используемая литература