Первое начало термодинамики - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Первое начало термодинамики. Доклад-сообщение содержит 84 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Сегодня воскресенье 27 Октябрь, 2019

Слайд 2

Описание слайда:

Тема 4 ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

Слайд 3

Описание слайда:

4.1. Внутренняя энергия. Работа и теплота Наряду с механической энергией любое тело (или система) обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия – энергия покоя. Она складывается из: 1. теплового хаотического движения молекул, 2. потенциальной энергии их взаимного расположения, 3. кинетической и потенциальной энергии электронов в атомах, нуклонов в ядрах и т. д.

Слайд 4

Описание слайда:

В термодинамических процессах изменяется только кинетическая энергия движущихся молекул (тепловой энергии недостаточно, чтобы изменить строение атома, а тем более ядра).

Слайд 5

Описание слайда:

Внутренняя энергия U одного моля идеального газа равна: или Таким образом, внутренняя энергия зависит только от температуры. Внутренняя энергия U является функцией состояния системы независимо от предыстории

Слайд 6

Описание слайда:

Для идеального газа внутренняя энергия системы равна сумме кинетических энергий ее частиц: Для идеального газа внутренняя энергия системы равна сумме кинетических энергий ее частиц: Функции состояния – величины, изменение которых при переходе системы между состояниями не зависит от способов этих переходов, т.е. от вида переходных процессов.

Слайд 7

Описание слайда:

Понятно, что в общем случае термодинамическая система может обладать как внутренней, так и механической энергией и разные системы могут обмениваться этими видами энергии. Обмен механической энергией характеризуется совершённой работой А, а обмен внутренней энергией – количеством переданного тепла Q.

Слайд 8

Описание слайда:

Например, зимой вы бросили в снег горячий камень. За счёт запаса потенциальной энергии совершена механическая работа по смятию снега, а за счёт запаса внутренней энергии снег был растоплен. Если же камень был холодный, т.е. температура камня равна температуре среды, то будет совершена только работа, но не будет обмена внутренней энергией.

Слайд 9

Описание слайда:

Итак, работа и теплота не есть особые формы энергии. Нельзя говорить о запасе теплоты или работы. Это мера переданной другой системе механической или внутренней энергии. О запасе этих энергий можно говорить. Механическая энергия может переходить в тепловую энергию и обратно. Например, если стучать молотком по наковальне, то через некоторое время молоток и наковальня нагреются (пример диссипации энергии)

Слайд 10

Описание слайда:

Можно найти ещё массу примеров диссипации или превращения одной формы энергии в другую. Опыт показывает, что во всех случаях, превращение механической энергии в тепловую и обратно совершается всегда в строго эквивалентных количествах. В этом и состоит суть первого начала термодинамики, следующая из закона сохранения энергии.

Слайд 11

Описание слайда:

Количество теплоты, сообщаемой телу, идёт на увеличение внутренней энергии и на совершение телом работы: – это и есть первое начало термодинамики или закон сохранения энергии в термодинамике.

Слайд 12

Описание слайда:

Слайд 13

Описание слайда:

Правило знаков: если тепло передаётся от окружающей среды данной системе, при этом Если система производит работу над окружающими телами, то: Учитывая правило знаков, первое начало термодинамики можно записать в виде: – изменение внутренней энергии тела равно разности сообщаемой телу теплоты и произведённой телом работы.

Слайд 14

Описание слайда:

Закон сохранения энергии для малого изменения состояния системы будет иметь вид: U – функция состояния системы; dU – её полный дифференциал, а δQ и δА не являются функциями состояния.

Слайд 15

Описание слайда:

Слайд 16

Описание слайда:

Теплота Q и работа А зависят от того, каким образом совершен переход из состояния 1 в состояние 2 (изохорически, адиабатически), а внутренняя энергия U не зависит. При этом нельзя сказать, что система, обладает определенным для данного состояния значением теплоты и работы. Количество теплоты Q выражается в тех же единицах, что работа и энергия, т.е. в джоулях [Q] = Дж.

Слайд 17

Описание слайда:

Особое значение в термодинамике имеют круговые или циклические процессы, при которых система, пройдя ряд состояний, возвращается в исходное.

Слайд 18

Описание слайда:

Если то согласно первому началу термодинамики т.е. нельзя построить периодически действующий двигатель, который совершал бы бóльшую работу, чем количество сообщенной ему извне энергии. Иными словами, вечный двигатель первого рода невозможен. Это одна из формулировок первого начала термодинамики.

Слайд 19

Описание слайда:

первое начало термодинамики не указывает, в каком направлении идут процессы изменения состояния.

Слайд 20

Описание слайда:

Спасибо за внимание!!!

Слайд 21

Описание слайда:

Вечный Двигатель – “Perpetuum mobile”

Слайд 22

Описание слайда:

Двигатель с откидными палочками и грузами

Слайд 23

Описание слайда:

“Самодвижущееся колесо” Орфиреуса

Слайд 24

Описание слайда:

Вечный двигатель Гертнера

Слайд 25

Описание слайда:

Капиллярный двигатель

Слайд 26

Описание слайда:

Магнитный perpetuum mobile

Слайд 27

Описание слайда:

Двигатель Симона Стевина

Слайд 28

Описание слайда:

Проект вечного двигателя А. Г. Уфимцева

Слайд 29

Описание слайда:

4.2. Теплоёмкость идеального газа. Теплоёмкость тела характеризуется количеством теплоты, необходимой для нагревания этого тела на один градус (4.2.1) Размерность теплоемкости: [C] = Дж/К. Теплоёмкость – величина неопределённая, поэтому пользуются понятиями удельной и молярной теплоёмкости.

Слайд 30

Описание слайда:

Удельная теплоёмкость Суд или с – есть количество теплоты, необходимое для нагревания 1кг вещества на 1 градус:

Слайд 31

Описание слайда:

Помним: Молярная масса – масса одного моля: где А – атомная масса; mед  атомная единица массы; NА  число Авогадро Моль μ – количество вещества, в котором содержится число молекул, равное числу атомов в 12 г изотопа углерода 12С.

Слайд 32

Описание слайда:

Теплоёмкость термодинамической системы зависит от того, как изменяется состояние системы при нагревании. Если газ нагревать при постоянном объёме, то всё подводимое тепло идёт на нагревание газа, то есть изменение его внутренней энергии. Теплоёмкость при постоянном объёме СV

Слайд 33

Описание слайда:

СР – теплоемкость при постоянном давлении Если нагревать газ при постоянном давлении Р в сосуде с поршнем, то поршень поднимется на некоторую высоту h, то есть газ совершит работу.

Слайд 34

Описание слайда:

Следовательно, проводимое тепло затрачивается и на нагревание и на совершение работы. Отсюда ясно, почему Итак, проводимое тепло и теплоёмкость зависят от того, каким путём осуществляется передача тепла. Следовательно Q и С не являются функциями состояния. Величины СР и СV оказываются связанными простыми соотношениями. Найдём их.

Слайд 35

Описание слайда:

Пусть мы нагреваем один моль идеального газа при постоянном объёме. Тогда, из первого начала термодинамики получим: (4.2.3) т.е. бесконечно малое приращение количества теплоты , равно приращению внутренней энергии dU. Теплоемкость при постоянном объёме будет равна:

Слайд 36

Описание слайда:

В общем случае (4.2.4) так как U может зависеть не только от температуры. В случае идеального газа справедлива формула Из этого следует, что

Слайд 37

Описание слайда:

Внутренняя энергия идеального газа является только функцией температуры (и не зависит от V, Р и тому подобным), поэтому формула справедлива для любого процесса.

Слайд 38

Описание слайда:

При изобарическом процессе кроме увеличения внутренней энергии происходит совершение работы газом: или тогда:

Слайд 39

Описание слайда:

Это уравнение Майера для одного моля газа. Из него следует, что физический смысл универсальной газовой постоянной в том, что R – численно равна работе, совершаемой одним молем газа при нагревании на один градус при изобарическом процессе. Используя это соотношение, Роберт Майер в 1842 г. вычислил механический эквивалент теплоты: 1 кал = 4,19 Дж.

Слайд 40

Описание слайда:

Отсюда получим формулу Майера для удельных теплоёмкостей: (4.2.9)

Слайд 41

Описание слайда:

1. Теплоёмкости одноатомных газов теплоемкость при постоянном объеме СV – величина постоянная, от температуры не зависит.

Слайд 42

Описание слайда:

Слайд 43

Описание слайда:

- постоянная адиабаты (коэффициент Пуассона)

Слайд 44

Описание слайда:

Так как Тогда Из этого следует, что (4.3.5) Кроме того , где i – число степеней свободы молекул.

Слайд 45

Описание слайда:

Подставив в выражение для внутренней энергии, получим: а так как , то внутреннюю энергию можно найти по формуле: (4.3.6)

Слайд 46

Описание слайда:

Слайд 47

Описание слайда:

Теплоемкости многоатомных газов Опыты с двухатомными газами такими как азот, кислород и др. показали, что Для водяного пара и других многоатомных газов (СН3, СН4, и так далее) То есть молекулы многоатомных газов нельзя рассматривать как материальные точки Необходимо учитывать вращательное движение молекул и число степеней свободы этих молекул. .

Слайд 48

Описание слайда:

Числом степени свободы называется число независимых переменных, определяющих положение тела в пространстве и обознача-ется i i = 3 Как видно, положение материальной точки (одноатомной молекулы) задаётся тремя координатами, поэтому она имеет три степени свободы: i = 3

Слайд 49

Описание слайда:

Многоатомная молекула может ещё и вращаться. Например, у двухатомных молекул вращательное движение можно разложить на два независимых вращения, а любое вращение можно разложить на три вращательных движения вокруг взаимно перпендикулярных осей. Но для двухатомных молекул вращение вокруг оси z не изменит её положение в пространстве, а момент инерции относительно этой оси равен нулю (рисунок 4.3).

Слайд 50

Описание слайда:

Слайд 51

Описание слайда:

Слайд 52

Описание слайда:

Слайд 53

Описание слайда:

Слайд 54

Описание слайда:

При взаимных столкновениях молекул возможен обмен их энергиями и превращение энергии вращательного движения в энергию поступательного движения и обратно. Таким путём установили равновесие между значениями средних энергий поступательного и вращательного движения молекул.

Слайд 55

Описание слайда:

Больцман доказал, что, средняя энергия приходящаяся на одну степень свободы равна

Слайд 56

Описание слайда:

Итак, средняя энергия приходящаяся на одну степень свободы: Итак, средняя энергия приходящаяся на одну степень свободы: (4.4.1)

Слайд 57

Описание слайда:

У одноатомной молекулы i = 3, тогда для двухатомных молекул i = 5 для трёхатомных молекул i = 6

Слайд 58

Описание слайда:

На среднюю кинетическую энергию молекулы, имеющей i-степеней свободы приходится (4.4.5) Это и есть закон Больцмана о равномерном распределении средней кинетической энергии по степеням свободы. Здесь i = iп + iвр + 2iкол (4.4.6)

Слайд 59

Описание слайда:

Слайд 60

Описание слайда:

Распределение энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа

Слайд 61

Описание слайда:

для трехатомных молекул:

Слайд 62

Описание слайда:

В общем случае, для молярной массы газа

Слайд 63

Описание слайда:

Для произвольного количества газов: , (4.4.9) (4.4.10) Из теории также следует, что СV не зависит от температуры (рис.).

Слайд 64

Описание слайда:

Слайд 65

Описание слайда:

Для одноатомных газов это выполняется в очень широких пределах, а для двухатомных газов только в интервале от 100  1000 К. Отличие связано с проявлением квантовых законов. При низких температурах вращательное движение как бы «вымерзает» и двухатомные молекулы движутся поступательно, как одноатомные; равны их теплоёмкости. При увеличении температуры, когда Т > 1000 К, начинают сказываться колебания атомов молекулы вдоль оси z (атомы в молекуле связаны не жёстко, а как бы на пружине).

Слайд 66

Описание слайда:

Одна колебательная степень свободы несет энергии, так как при этом есть и кинетическая и потенциальная энергия, то есть появляется шестая степень свободы – колебательная. При температуре равной 2500 К, молекулы диссоциируют. На диссоциацию молекул тратится энергия раз в десять превышающая среднюю энергию поступательного движения. Это объясняет сравнительно низкую температуру пламени. Кроме того, атом – сложная система, и при высоких температурах начинает сказываться движение электронов внутри него.

Слайд 67

Описание слайда:

Слайд 68

Описание слайда:

Слайд 69

Описание слайда:

Слайд 70

Описание слайда:

4.5. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам идеальных газов В таблице приводятся сводные данные о характеристиках изопроцессов в газах. Изопроцессы – процессы, при которых один из термодинамических параметров остается постоянным Здесь используются известные нам формулы: – I начало термодинамики или закон сохранения энергии в термодинамике:

Слайд 71

Описание слайда:

Слайд 72

Описание слайда:

Слайд 73

Описание слайда:

Слайд 74

Описание слайда:

Работа газа в адиабатном процессе

Слайд 75

Описание слайда:

Сравнение адиабатного и изотермического процессов > 1, поэтому адиабата идет круче, чем изотерма. Причина: При адиабатном сжатии (расширении) газ нагревается (охлаждается) поэтому увеличение (уменьшение) Р обусловлено не только изменением V (как при изотермическом процессе), но и изменением Т.

Слайд 76

Описание слайда:

Основная таблица ТД Применение первого начала термодинамики к изопроцессам идеальных газов

Слайд 77

Описание слайда:

Слайд 78

Описание слайда:

Слайд 79

Описание слайда:

Здесь уместно рассмотреть еще и политропный процесс – такой процесс, при котором изменяются все основные параметры системы, кроме теплоемкости, т.е. С = const. Уравнение политропы (4.5.1) или . (4.5.2) Здесь n – показатель политропы.

Слайд 80

Описание слайда:

С помощью показателя n можно легко описать любой изопроцесс: 1. Изобарный процесс Р = const, n = 0 (4.5.3) 2. Изотермический процесс Т = const, n = 1, 3. Изохорный процесс V = const, (4.5.4)