 |
3. Изучение нового материала. Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.
|
|
|
|
3. Изучение нового материала.
Под запись:
Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:
∆ U=A+Q.
Часто вместо работы А внешних тел над системой рассматривают работу А' системы над внешними телами. Учитывая, что А'=-А, первый закон термодинамики можно записать так:
Q=∆ U+A′
Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.
ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРВОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ К РАЗЛИЧНЫМ ПРОЦЕССАМ
Учащиеся записывают в виде таблицы полученную информацию от преподавателя.
Q=∆ U+A′
или
∆ U=A+Q
Смотреть формулировку 1 закона термодинамики.
Адиабатный
Q = const
∆ U=A
Изменение внутренней энергии происходит только за счет совершения работы
С помощью первого закона термодинамики можно делать важные заключения о характере протекающих процессов. Рассмотрим различные процессы, при которых одна из физических величин остается неизменной (изопроцессы). Пусть система представляет собой идеальный газ. Это самый простой случай.
Изотермический процесс.
При изотермическом процессе (Т=const) внутренняя энергия идеального газа не меняется. Согласно формуле все переданное газу количество теплоты идет на совершение работы: Q=A' .
Если газ получает теплоту (Q> 0), то он совершает положительную работу (А'> 0). Если, напротив, газ отдает теплоту окружающей среде (термостату), то Q< 0 и А'< 0. Работа же внешних сил над газом в последнем случае положительна.
Изохорный процесс.
|
|
|
При изохорном процессе объем газа не меняется, и поэтому работа газа равна нулю. Изменение внутренней энергии равно количеству переданной плоты: ∆ U=Q .
Если газ нагревается, то Q> 0 и ∆ U> 0, его внутренняя энергия, увеличивается. При охлаждении газа Q< 0 и ∆ U=U2-Ul< 0, изменение внутренней энергии отрицательно и внутренняя энергия газа уменьшается.
Изобарный процесс.
При изобарном процессе (P = const) передаваемое газу количество теплоты идет на изменение его внутренней энергии и на совершение им работы при постоянном давлении.
Q=∆ U+A′
Адиабатный процесс.
Рассмотрим теперь процесс, протекающий в системе, которая не обменивается теплотой с окружающими телами.
Процесс в теплоизолированной системе называют адиабатным.
При адиабатном процессе Q=0 и согласно уравнению изменение внутренней энергии происходит только за счет совершения работы:
∆ U=A .
Конечно, нельзя окружить систему оболочкой, абсолютно не допускающей теплопередачу. Но в ряде случаев можно считать реальные процессы очень близкими к адиабатным. Для этого они должны протекать достаточно быстро, так, чтобы за время процесса не произошло заметного теплообмена между системой и окружающими телами.
4. Закрепление (Решение задач).
Задача 1. В теплоизолированном цилиндре компрессора сжимают 3 моля идеального одноатомного газа. Определите изменение температуры газа за один ход поршня, если при этом была совершена работа 600 Дж.
Задача 2. Определите изменение внутренней энергии 1 кг идеального одноатомного газа, охлаждающегося при постоянном объёме, если его начальная температура равна 420 К, а давление уменьшилось с 7 до 2 паскалей. Удельная теплоёмкость газа равна 700 Дж/(кг ∙ К).
Задача 3: В закрытом баллоне находится газ. При охлаждении его внутренняя энергия уменьшилась на 500 кДж. Какое количество теплоты отдал газ? Совершил ли он работу?
|
|
|
Дано: Δ U = -500 Дж;
Найти: Q -? А -?
V = const - изохорный процесс
1) ∆ U=Q - 1 закон термодинамики для нашего условия.
|
|
|
