При изучении работы газа в термодинамике учащиеся неизбежно сталкиваются с трудностями, обусловленными слабыми навыками вычисления работы переменной силы. Поэтому к восприятию этой темы необходимо готовиться, начиная уже с изучения работы в механике и решая с этой целью задачи на работу переменной силы путём суммирования элементарных работ на всём пути с помощью интегрирования. Например, при вычислениях работы силы Архимеда, силы упругости, силы всемирного тяготения и т. Работа этих сил вычисляется с помощью простейшего табличного интеграла. Такая методика облегчает адаптацию будущих студентов к восприятию курса физики в вузе и устраняет методические сложности, связанные с умением находить работу переменной силы в термодинамике и др. После того как учащиеся усвоили, что такое внутренняя энергия и как найти её изменение, целесообразно дать обобщающую схему:. Усвоив, что работа — это один из способов изменения внутренней энергии, десятиклассники легко рассчитывают работу газа в изобарном процессе. На графике зависимости р V работа численно равна площади под графиком. Пусть газ расширяется или сжимается изотермически. Например, газ сжимается под поршнем, давление изменяется, и в любой момент времени. При бесконечно малом перемещении поршня на dl мы получим бесконечно малое изменение объёма dV , а давление р можно считать постоянным. Полученную формулу можно переписать, используя соотношение. Газ переходит из состояния 1 объём V 1 , давление р 1 в состояние 2 объём V 2 , давление р 2 в процессе, при котором его давление зависит от объёма линейно. Построим примерный график зависимости p от V. Работа равна площади под графиком, то есть площади трапеции:. Один моль воздуха, находящийся при нормальных условиях, расширяется от объёма V 0 до 2 V 0 двумя способами — изотермически и изобарно. Сравните работу, совершённую воздухом в этих процессах. Этот материал я излагаю в следующей последовательности: Круговым процессом или циклом называется термодинамический процесс, в результате которого тело, пройдя ряд состояний, возвращается в исходное состояние. Если все процессы в цикле равновесные, то цикл считается равновесным. Его можно изобразить графически в виде замкнутой кривой. На рисунке показан график зависимости давления p от объёма V диаграмма p , V для некоторого цикла 1—2—3—4—1. На участках 1—2 и 4—1 газ расширяется и совершает положительную работу А 1 , численно равную площади фигуры V 1 V 2. На участке 2—3—4 газ сжимается и совершает работу А 2 , модуль которой равен площади фигуры V 2 V 1. Если равновесный цикл изображается замкнутой кривой на р , V -диаграмме, которая обходится по часовой стрелке, то работа тела положительна, а цикл накзывается прямым. Если замкнутая кривая на р , V -диаграмме обходится против часовой стрелки, то газ совершает отрицательную работу за цикл, а цикл называется обратным. В любом случае модуль работы газа за цикл равен площади фигуры, ограниченной графиком цикла на р , V -диаграмме. В круговом процессе рабочее тело возвращается в исходное состояние, то есть в состояние с первоначальной внутренней энергией. Это значит, что изменение внутренней энергии за цикл равно нулю: Итак, алгебраическая сумма всех количеств теплоты, полученных за цикл, равна работе тела за цикл: Рассмотрим один из круговых процессов — цикл Карно. Он состоит из двух изотермических и двух адиабатических процессов. Пусть рабочим телом является идеальный газ. Тогда на участке 1—2 изотермического расширения, согласно первому закону термодинамики, всё получаемое газом тепло идёт на совершение положительной работы: То есть нет никаких потерь тепла в окружающее пространство и никакого изменения внутренней энергии: Здесь также нет потерь тепла, по определению адиабатного процесса. На участке 3—4 над газом совершается положительная работа внешней силой, но он не нагревается изотермический процесс. Благодаря достаточно медленно протекающему процессу и хорошему контакту с холодильником газ успевает отдавать получаемую за счёт работы энергию в виде тепла холодильнику. Сам же газ совершает при этом отрицательную работу: На участке 4—1 газ адиабатно без теплообмена сжимается до исходного состояния. При этом он совершает отрицательную работу, а внешние силы — положительную: Таким образом, за цикл газ получает тепло только на участке 1—2 , изотермически расширяясь:. Холодильнику тепло отдаётся только при изотермическом сжатии газа на участке 3— КПД машины, работающей по циклу Карно, найдём по формуле. Согласно закону Бойля—Мариотта для процессов 1—2 и 3—4 , а также уравнению Пуассона для процессов 2—3 и 4—1 , легко доказать, что. Хорошо бы увидеть, как автор это делает: После сокращений получим формулу КПД тепловой машины, работающей по циклу Карно: Работу тепловых машин, работающих по обратному циклу, методически правильно, как показывает опыт, изучать на примере работы обратного цикла Карно, так как он обратим и его можно провести в обратном направлении: Теперь двигатель совершает работу, чтобы привести в действие холодильную машину. Рабочее тело отнимает количество теплоты Q x у продуктов внутри при низкой температуре T х , а отдаёт количество теплоты Q н окружающим телам, за пределами холодильника, при более высокой температуре T н. Таким образом, машина, работающая по обратному циклу Карно, уже не тепловая, а идеальная холодильная. Роль нагревателя отдающего тепло выполняет тело с более низкой температурой. Но, сохранив названия элементов, как в тепловой машине, работающей по прямому циклу, мы можем представить блок-схему холодильника в следующем виде:. Обратим внимание, что тепло от холодного тела переходит в холодильной машине к телу с более высокой температурой не самопроизвольно, а за счёт работы внешней силы. Важнейшей характеристикой холодильника является холодильный коэффициент , определяющий эффективность работы холодильника и равный отношению количества теплоты, отнятого от холодильной камеры Q х к затраченной энергии внешнего источника. За один обратный цикл рабочее тело получает от холодильника количество теплоты Q х и отдаёт в окружающее пространство количество теплоты Q н , что больше Q х на работу A дв , совершаемую электродвигателем над газом за цикл: Энергия, затраченная двигателем электроэнергия в случае компрессорных электрических холодильников , идёт на полезную работу над газом, а также на потери при нагревании обмоток двигателя электрическим током Q R и на трение в схеме А тр. Если пренебречь потерями на трение и джоулево тепло в обмотках двигателя, то холодильный коэффициент. Последнее соотношение между холодильным коэффициентом и КПД тепловой машины, которая может работать и по обратному циклу, показывает, что холодильный коэффициент может быть больше единицы. В этом случае тепла отнимается от холодильной камеры и возвращается в комнату больше, чем для этого используется энергии двигателем. В случае идеальной тепловой машины, работающей по обратному циклу Карно идеального холодильника , холодильный коэффициент имеет максимальное значение:. Стоимость одного киловатт-часа электроэнергии равна Ц. Температура в комнате t. Стоимость Д изготовления льда равна произведению работы электродвигателя на тариф Ц: Считаем приближённо, что над фреоном совершается обратный цикл Карно с изотермами при температурах T н и T х. Используем формулы для холодильного коэффициента: Разбирая с учащимися эту задачу, необходимо обратить внимание на то, что основная работа холодильного устройства идёт не на охлаждение продуктов, а на поддержание температуры внутри холодильного шкафа путём периодической откачки тепла, проникающего сквозь стенки холодильника. Найдите работу, совершённую моль одноатомного идеального газа в изотермическом процессе. При решении задач, в которых фигурирует КПД цикла, полезно предварительно проанализировать все участки цикла, используя первый закон термодинамики, и выявить участки, где тело получает и отдаёт тепло. Проведём мысленно ряд изотерм на р , V -диаграмме. Тогда станет ясно, что максимальная температура в цикле на изотерме, а минимальная — в т. Обозначим их через T 1 и T 3 соответственно. На участке 2—3 работа газа равна нулю. Это означает, что на участке 2—3 газ получает отрицательное количество теплоты, то есть отдаёт тепло. Так как то работа газа на изотерме равна. Геннадий Антонович Белуха — заслуженный учитель РФ, педагогический стаж 20 лет, ежегодно его ученики занимают призовые места на различных этапах всероссийской олимпиады по физике. Хобби — компьютерная техника.
Кто лечит папилломы врач
Сколько весит автомобильный радиатор
Нужно найти КПД по графику.
Открытие кальянной бизнес план
Временный переводна вакантную должность приказ образец
Через сколько дней проходит желтушка у новорожденных
Сколько памятив айпаде мини
Кроссворд по истории 8
Образец резюме на работу газпром
Приказы гаи украины
Интерьер русской бани
Скачать мод тинкер контракт 1.5 2
Работа газа в термодинамике. 10-й класс
Скутер сити балашиха график работы
Газета новости краснознаменска
Невероятные события и факты
Join hands перевод
Диваны в архангельске каталог метро
Свежие записи
Сонник резиновые перчатки
За сколько дней ноги
Topic смешные прикольные стихи
Характеристика участка цеха