Гипермаркет знаний>>Физика и астрономия>>Физика 10 класс>>Физика: Применение первого закона термодинамики к различным процессам

79.Применение первого закона термодинамики к различным процессам
С помощью первого закона термодинамики можно де¬лать важные заключения о характере протекающих про¬цессов. Рассмотрим различные процессы, при которых одна из физических величин остается неизменной (изопроцессы), например случай, когда система представляет со¬бой идеальный газ.
Изохорный процесс. При изохорном процессе объем газа не меняется, и поэтому работа газа равна нулю. Изме¬нение внутренней энергии газа согласно уравнению (13.11) равно количеству переданной ему теплоты:

Если газ нагревается, то *****и ******, его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении газа ***** и *****, изменение внутренней энергии отрица¬тельно и внутренняя энергия газа уменьшается.
Изотермический процесс. При изотермическом процес¬се (******) внутренняя энергия идеального газа (см. формулу (13.1)) не меняется. Согласно формуле (13.11) все переданное газу количество теплоты идет на совершение работы:

Если газ получает тепло (******), то он совершает поло¬жительную работу (*****). Если, напротив, газ отдает тепло окружающей среде (термостату), то **** и ****. Работа же внешних сил над газом в последнем случае по¬ложительна.
Изобарный процесс. При изобарном процессе согласно формуле (13.11) передаваемое газу количество теплоты идет на изменение его внутренней энергии и на соверше¬ние им работы при постоянном давлении:

Адиабатный процесс. Рассмотрим теперь процесс, про¬текающий в системе, которая не обменивается теплом с окружающими телами. Процесс в теплоизолированной системе называют адиабатным.
При адиабатном процессе     ***** и согласно уравнению (13.10) изменение внутренней энергии происходит только за счет совершения работы:

Конечно, нельзя окружить систему оболочкой, абсо¬лютно не допускающей теплопередачу. Но в ряде случаев можно считать реальные процессы очень близкими к адиа¬батным. Для этого они должны протекать достаточно быстро, так, чтобы за время процесса не произошло за¬метного теплообмена между системой и окружающими те¬лами.
Согласно уравнению (13.14) при совершении над систе¬мой положительной работы, например при сжатии газа, его внутренняя энергия увеличивается, что означает повы¬шение температуры газа. И наоборот, при расширении газа сам газ совершает положительную работу (    *****)*****и****его внутренняя энергия уменьшается - газ охлаждается.
Нагревание воздуха при быстром сжатии нашло приме¬нение в двигателях Дизеля. В этих двигателях отсутствует система зажигания горючей смеси, необходимая для обыч¬ных  карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. В цилиндр засасывается не горючая смесь, а атмосферный воздух. К концу такта сжатия в цилиндр с помо¬щью специальной форсунки впрыс¬кивается жидкое топливо (рис. 13.8). К этому моменту температура воздуха так велика, что горючее воспламеня¬ется. Двигатели Дизеля имеют боль¬ший коэффициент полезного дейст¬вия, чем обычные, но более массивны и сложны в изготовлении и эксплуа¬тации. Все большее количество авто¬мобилей снабжается двигателями Ди¬зеля, благодаря дешевизне дизельного топлива.

При работе мощных компрессоров, сжимающих воздух, температура воз¬духа настолько увеличивается, что приходится прибегать к специальной системе охлаждения цилиндров. Адиабатное охлаждение газов при их расширении используется в машинах для сжижения газов.
Охлаждение газа при адиабатном расширении происходит в грандиозных масштабах в атмосфере Земли. Нагретый воздух поднимается вверх и расширяется, так как атмо¬сферное давление падает с увеличением высоты. Это расши¬рение сопровождается значительным охлаждением. В резу¬льтате водяные пары конденсируются и образуют облака.
Теплообмен в изолированной системе. Рассмотрим теп¬лообмен внутри системы, состоящей из нескольких тел, имеющих первоначально различные температуры, напри¬мер теплообмен между водой в сосуде и опущенным в воду горячим железным шариком. Будем считать, что система достаточно изолирована от окружающих тел и ее внутрен¬няя энергия не изменяется (изолированная система). Ни¬какой работы внутри этой системы не совершается. Тогда согласно первому закону термодинамики (см. уравнение (13.10)) изменение энергии любого тела системы равно ко¬личеству теплоты, отданной или полученной этим телом до наступления теплового равновесия внутри системы: ******. Складывая подобные выражения для всех тел си¬стемы и учитывая, что суммарная внутренняя энергия не меняется (*****), получим следующее уравнение:

Это уравнение носит название уравнения теплового ба¬ланса. Здесь ***** - количества теплоты, получен¬ные или отданные телами. Эти количества теплоты выра¬жаются формулой (13.5) или формулами (13.6)-(13.9), если в процессе теплообмена происходят превращения ве¬щества из жидкого состояния в газообразное или твердое (или же, напротив, образуется жидкость).
Внутренняя энергия идеального газа не изменяется только при изотермическом процессе. При изохорном она изменяется за счет теплопередачи, а при изобарном про¬цессе внутренняя энергия газа изменяется как за счет теп¬лопередачи, так и за счет совершения работы. В теплоизо¬лированной системе происходит адиабатный процесс. Изменение энергии системы в этом процессе равно работе внешних сил.


???
1. В каком случае работа газа больше: при изотермическом расширении от объема ***** до объема **** или при изобарном расширении от объема **** до объема     *****?
2. Как следует записать уравнение теплового баланса для изоли¬рованной системы из трех тел. переходящей в равновесное состояние?

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс

_{Планирование уроков по физике, ответы на тесты, задания и ответы по классам, домашнее задание и работа по физике для 10 класса}

Содержание урока
 конспект урока                       
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников
 
Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 
 
Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.