Презентация по физике

Применение первого закона термодинамики к решению графических задач

Автор: ИОЦУК Марина Владимировна,

учитель физики ГБОУ «Дьяковская гимназия имени И.М.Стрельченко»ЛНР

вспомни

• Какие формулировки первого закона термодинамики вам известны?

• Какие формулы используются?

= A

+ Q

Δ U

• Применение первого закона термодинамики к изобарному

процессу

+ A

Δ U

Q =

• Применение первого закона термодинамики к изотермическому процессу

Q = A

Т= const , Δ U = 0

Q = 0 + A

Q = Δ U

• Применение первого закона термодинамики к

изохорному процессу

Q = 0 + Δ U

V = const , A = 0

• Какой процесс называется адиабатным?

Δ U = А

• Применение первого закона термодинамики к

адиабатному процессу

Δ U = - А

Q = 0 , Δ U = 0 + А , Δ U = 0 - А

0 - газ получает тепло , А 0 и 1-2 : V А Q = Δ U + A газ отдает тепло 2 -1: V 2 V р = const V T V 2 V 1 Каков характер теплообмена с окружающей средой? 2 р Изохора, т.е . V = const , А = 0 р 2 2 Т (т.к. переходим на изотерму, лежащую выше) 1-2: или второй способ рассуждения: т.к. р ,то и Т и Q = Δ U + A 0 - газ получает тепло значит, Δ U 0 Т (т.к. переходим на изотерму, лежащую ниже) 2 -1: 1 р 1 или : т.к. р , то и Т V значит, Δ U и Q = Δ U + A газ отдает тепло V " width="640"

Проанализируй графики

р

Определим характер теплообмена в ходе

процесса, изображенного на графике

1 .

1

Изотерма, т.е. Т = const , Δ U = 0 ,

Q = Δ U + A 0 - газ получает тепло

, А 0 и

1-2 :

V

А

Q = Δ U + A газ отдает тепло

2 -1:

V

2

V

р

= const

V

T

V 2

V 1

Каков характер теплообмена с окружающей средой?

2

р

Изохора, т.е . V = const , А = 0

р 2

2

Т (т.к. переходим на изотерму, лежащую выше)

1-2:

или второй способ рассуждения: т.к. р ,то и Т

и Q = Δ U + A 0 - газ получает тепло

значит, Δ U 0

Т (т.к. переходим на изотерму, лежащую ниже)

2 -1:

1

р 1

или : т.к. р , то и Т

V

значит, Δ U

и Q = Δ U + A газ отдает тепло

V

0 1 р Изменяется ли внутренняя энергия при адиабатном процессе ? 3 T 1 РЕШЕНИЕ: 1 – 2 : При адиабатном расширении Т ( т.к. «переходим» с изотермы, лежащей выше на изотерму, лежащую ниже) 2 T 2 Δ U внутренняя энергия уменьшается V При адиабатном сжатии Т 2 -1 : т.к. «переходим» с изотермы, лежащей ниже на изотерму, лежащую выше) р внутренняя энергия увеличивается 4 В ходе изотермического или адиабатного процесса давление изменяется сильнее? Ответ обосновать. РЕШЕНИЕ: изотерма Очевидно, что в ходе адиабатного и изотермического расширения на величину Δ V . адиабата давление сильнее уменьшилось на адиабате. При изотермическом процессе давление уменьшается лишь за счет увеличения объема, а при адиабатном еще и за счет уменьшения температуры. V Δ V " width="640"

Δ U 0

1

р

Изменяется ли внутренняя энергия при адиабатном процессе ?

3

T 1

РЕШЕНИЕ:

1 – 2 :

При адиабатном расширении Т

( т.к. «переходим» с изотермы, лежащей

выше на изотерму, лежащую ниже)

2

T 2

Δ U

внутренняя энергия уменьшается

V

При адиабатном сжатии Т

2 -1 :

т.к. «переходим» с изотермы, лежащей

ниже на изотерму, лежащую выше)

р

внутренняя энергия увеличивается

4

В ходе изотермического или адиабатного

процесса давление изменяется сильнее?

Ответ обосновать.

РЕШЕНИЕ:

изотерма

Очевидно, что в ходе адиабатного и

изотермического расширения на величину Δ V .

адиабата

давление сильнее уменьшилось на адиабате.

При изотермическом процессе давление уменьшается

лишь за счет увеличения объема, а при адиабатном

еще и за счет уменьшения температуры.

V

Δ V

S 2 значит , А 1 A 2 V 3. Согласно первому закону термодинамики, так как Δ U 1 = Δ U 2 и А 1 A 2 , то Q 1 Q 2 ВАЖНО: При совпадении начального и конечного состояний, газ совершает большую работу и получает большее количество теплоты в ходе того процесса, график которого лежит выше в координатах Р V " width="640"

A

Идеальный газ переходит из состояния А в состояние В сначала в ходе процесса 1, а затем в ходе процесса 2. Сравните, в ходе процессов 1 и 2 :

• одинаково ли изменяется внутренняя энергия
• одинаковая ли совершается работа
• одинаковое ли количество теплоты получает газ

5

РЕШЕНИЕ:

P

Запишем первый закон термодинамики

Q = Δ U + A

1. Внутренняя энергия – это функция состояния, а так как начальное и конечное состояния газа в ходе процессов 1 и 2 одинаковы, то и изменение внутренней энергии одинаково:

1

2

B

Δ U 1 = Δ U 2

2. Сравним площади фигур под графиками процессов 1 и 2 :

S 1 S 2 значит , А 1 A 2

V

3. Согласно первому закону термодинамики,

так как Δ U 1 = Δ U 2 и А 1 A 2 , то Q 1 Q 2

ВАЖНО: При совпадении начального и конечного состояний, газ совершает большую работу и получает большее количество теплоты в ходе того процесса, график которого лежит выше в координатах Р V

0 2 1 Q = Δ U + A 0 - газ получает тепло 3 2-4 : т.к. V = const , A = 0 Т 2 Т 4 , т.е. T 4 Δ U v Q = Δ U + A газ отдает тепло V 4 V 1 V 3 3-4 : V 4 Т 4 т.е . V и А V p Δ U = const Т.к. T Q = Δ U + A газ отдает тепло " width="640"

Определить характер теплообмена идеального газа с окружающей средой в ходе его перехода

из состояний 1, 2, 3 в состояние 4

6

р

1- 4 : Т= const , Δ U = 0

V 1

(изотерма)

A 0

2

1

Q = Δ U + A 0 - газ получает тепло

3

2-4 : т.к. V = const , A = 0

Т 2 Т 4 , т.е. T

4

Δ U

v

Q = Δ U + A газ отдает тепло

V 4

V 1

V 3

3-4 : V 4

Т 4

т.е . V

и А

V

p

Δ U

= const

Т.к.

T

Q = Δ U + A газ отдает тепло

0 , т.к. Т ,значит, Q = Δ U 0 2 газ получает тепло 1 V , значит, , A 2 Т , значит, Δ U газ отдает тепло 3 т 3 Δ U = 0, т.к. Т = const V , значит, A 0 , т.о. Q 0 газ получает тепло " width="640"

Решаем самостоятельно

Определите знак работы газа при переходах из состояний

1, 2, 3 в конечное состояние и характер его теплообмена

с окружающей средой

РЕШЕНИЕ :

V

1

Работа не совершается , т.к. V = 0

Δ U 0 , т.к. Т ,значит, Q = Δ U 0

2

газ получает тепло

1

V , значит, , A

2

Т , значит, Δ U

газ отдает тепло

3

т

3

Δ U = 0, т.к. Т = const

V , значит, A 0 , т.о. Q 0

газ получает тепло

Одинаковую ли работу выполнил газ во время переходов из состояния 1 в состояние 2 в ходе процессов а и б ?

р

РЕШЕНИЕ :

2

Нет, работа газа различна в ходе процессов

а и б несмотря на то, что площади фигур,

ограниченных графиками циклов, равны.

б

а

На участке 1-а работа отрицательна

( т.к. объем уменьшается), а на участке а-2 она положительна ( т.к. объем газа увеличивается. В итоге, работа газа в ходе процесса а положительна

1

V

На участке 1-б работа газа положительна ( т.к. объем увеличивается ), а на участке б-2 она отрицательна ( т.к. объем газа уменьшается).

В итоге, работа газа в ходе процесса б отрицательна.

Таким, образом, большая работа выполняется газом в ходе процесса а

V

Домашнее задание :

р

1

Газ переводится из состояния 1 в состояние 2 двумя способами а и б.

а) В каком из этих случаев совершается большая работа?

б) Какому состоянию газа соответствует наименьшая температура?

2

а

б

1

р

2

1

4

Сравните работу газа в ходе нескольких циклов, изображенных на рисунке. Массы газа одинаковы, направления процессов одинаковы ( по часовой стрелке).

2

3

V

Использованная литература

• Г.Я.Мякишев и др. «Физика 10 класс»