Презентация к уроку физики в 10 классе на тему "Первый закон термодинамики"

10 класс

ФИЗИКА Урок №43

Тема: Первый закон термодинамики.

Автор презентации:

Попов Дмитрий Сергеевич

Первый закон термодинамики — это закон сохранения энергии, распространённый

на тепловые явления.

Если в замкнутой системе действует сила трения, то механическая энергия системы будет уменьшаться. Так, например, уменьшается механическая энергия автомобиля, движущегося по горизонтальной дороге с выключенным двигателем, о чем свидетельствует уменьшение его скорости. При этом наблюдается нагревание трущихся поверхностей, то есть увеличение внутренней энергии. В этом примере механическая энергия системы не сохраняется, часть ее превращается во внутреннюю энергию.

Закон сохранения энергии

Энергия в природе не возникает

из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы

в другую.

Закон сохранения энергии является фундаментальным законом природы.

Он выполняется всегда

и везде, применительно

к любым явлениям природы.

Рассматривая тела в термодинамике, мы считаем, что их механическая энергия постоянна, а изменяется только внутренняя энергия каждого тела.

Изменение

внутренней энергии

За счёт совершения работы

За счёт теплопередачи

До сих пор мы рассматривали случаи, в которых внутренняя энергия системы изменялась или за счет теплопередачи, или при совершении работы. В реальной жизни внутренняя энергия системы может изменяться одновременно и за счет совершения работы, и за счет теплообмена с окружающими телами.

Первый закон термодинамики

Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил над системой и переданного ей количества теплоты.

Первый закон термодинамики

Можно рассмотреть работу системы над внешними силами.

Первый закон термодинамики

Количество теплоты, переданное системе, идёт на совершение системой работы против внешних

сил и на увеличение её внутренней энергии.

Если система является изолированной, то внешние тела не взаимодействуют с системой, а, значит, работа внешних сил равна нолю, и система

не обменивается теплотой

с окружающими телами.

Самое раннее описание вечного двигателя найдено у индийского поэта, математика

и астронома Ачарья Бхаскары , жившего

в XII в. , в стихотворении, датируемом примерно 1150 г .

Из первого закона термодинамики следует, что создание вечного двигателя невозможно . Если

к системе не поступает энергия, то работа над внешними телами может быть совершена только за счёт уменьшения внутренней энергии. После того как внутренняя энергия системы окажется равна нолю, двигатель перестанет работать.

Внутренняя энергия системы тел изменяется

при совершении работы против внешних сил

и при передаче теплоты другим телам.

Первый закон термодинамики позволяет делать важные выводы о характере протекающих процессов.

Идеальный газ

При изохорном процессе объём газа не меняется,

и поэтому работа газа равна нолю.

Идеальный газ

Q

Идеальный газ

Q

Идеальный газ

При изотермическом процессе температура

газа не изменяется, значит,

не меняется внутренняя энергия идеального газа.

Согласно первому закону термодинамики, всё переданное газу количество теплоты идёт на совершение работы газа против внешних сил.

При изобарном процессе согласно первому закону термодинамики, передаваемое газу количество теплоты идёт на изменение его внутренней энергии и на совершение им работы при постоянном давлении.

При адиабатном процессе по первому закону термодинамики изменение внутренней энергии происходит только

за счёт совершения работы.

Если внешние тела совершают над газом положительную работу, его внутренняя энергия увеличивается, температура газа повышается.

Если внешние тела совершают над газом положительную работу, его внутренняя энергия увеличивается, температура газа повышается.

И наоборот, если сам газ совершает положительную работу над внешними телами,

то его внутренняя энергия уменьшается и газ охлаждается.

Нагревание воздуха при быстром сжатии используется в дизельных двигателях. Они имеют следующий принцип действия. В цилиндр засасывается атмосферный воздух, который с большой скоростью сжимается. При сжатии температура воздуха в цилиндре сильно повышается. В конце такта сжатия в цилиндр через специальную форсунку впрыскивается жидкое топливо.

К этому моменту температура воздуха так велика, что горючее вспыхивает. Двигатели Дизеля имеют больший коэффициент полезного действия, чем обычные, но более массивны и сложны в изготовлении и эксплуатации.

С помощью первого закона термодинамики можно объяснить образование облаков в атмосфере Земли. Нагретый около поверхности Земли воздух поднимается вверх. В верхних слоях атмосферы давление значительно ниже, чем в нижних, поэтому поднявшийся воздух расширяется. Это расширение происходит в условиях, близких к адиабатным и, поэтому, сопровождается сильным охлаждением. В результате водяные пары конденсируются и образуют облака.

Пар

Уровень конденсации

  Рассмотрим теплообмен внутри системы, состоящей из нескольких тел, имеющих первоначально различные температуры, например, теплообмен между горячей водой в стакане и опущенной в воду холодной ложкой. Будем считать, что система достаточно изолирована от окружающих тел, и ее внутренняя энергия не изменяется. Никакой работы внутри этой системы не совершается.

После наступления теплового равновесия, по первому закону термодинамики, увеличение внутренней энергии ложки

в стакане будет равно количеству теплоты, отданному водой.

В изолированной системе суммарная внутренняя энергия

не меняется. А, значит, и сумма количеств теплоты, полученных и отданных телами изолированной системы, равна нолю.

Уравнение теплового баланса

Внутренняя энергия идеального газа

не изменяется только при изотермическом процессе . При изохорном она изменяется за счёт теплообмена , а при изобарном процессе внутренняя энергия газа изменяется как за счёт теплопередачи ,

так и за счёт совершения работы .

В теплоизолированной системе происходит адиабатный процесс .

Решите задачи:

• Идеальный газ получил количество теплоты 300 Дж и совершил работу 100 Дж. Чему равно изменение внутренней энергии газа?
• Идеальный газ получил количество теплоты 300 Дж и при этом внутренняя энергия газа увеличилась на 100 Дж. Какова работа, совершенная газом?
• В процессе эксперимента газ отдал окружающей среде количество теплоты, равное 3 кДж. При этом внутренняя энергия газа уменьшилась на 13 кДж. Следовательно, газ расширился. Какую работу он при этом совершил?

4. На рисунке показан график процесса для постоянной массы идеального одноатомного газа. В этом процессе газ совершает работу, равную 3 кДж. Каково количество теплоты, полученное газом?