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 89 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:

Термодинамика и статистическая физика

Слайд 2

Описание слайда:

Лекция № 2 Первое начало термодинамики 1. Внутренняя энергия. Макроскопическая работа. Количество теплоты. 2. Первое начало термодинамики. 3. Условия преобразования теплоты в работу. 4. Основные элементы тепловой машины. Цикл Карно. Максимальный КПД тепловых машин. 5. Теплоёмкость. Молярная теплоёмкость идеального одноатомного газа при постоянном объёме и постоянном давлении. 6. Адиабатический процесс. Уравнение адиабаты.

Слайд 3

Описание слайда:

Внутренняя энергия Наряду с механической энергией любое тело (или система) обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия – энергия покоя (без движения сосуда). Она складывается из: - теплового хаотического движения молекул, - потенциальной энергии их взаимодей- ствия (для реального газа), - кинетической и потенциальной энергии электронов в атомах, нуклонов в ядрах и так далее.

Слайд 4

Описание слайда:

В термодинамических процессах изменяется только кинетическая энергия движущихся молекул (тепловой энергии недостаточно, чтобы изменить строение атома, а тем более ядра). Следовательно, фактически под внутренней энергией в термодинамике подразумевают энергию теплового хаотического движения молекул.

Слайд 5

Описание слайда:

Внутренняя энергия U одного моля идеального одноатомного газа равна: или Таким образом, внутренняя энергия зави-сит только от температуры. Внутренняя энергия U является функ-цией состояния системы и не зависит от предыстории:

Слайд 6

Описание слайда:

Слайд 7

Описание слайда:

Внутренняя энергия U ν молей идеального одноатомного газа равна: Для многоатомного идеального газа, у которого i степеней свободы: Для одного моля идеального газа:

Слайд 8

Описание слайда:

Слайд 9

Описание слайда:

Слайд 10

Описание слайда:

Работа и теплота

Слайд 11

Описание слайда:

Слайд 12

Описание слайда:

Слайд 13

Описание слайда:

Слайд 14

Описание слайда:

РАБОТА ПРИ ИЗОПРОЦЕССАХ

Слайд 15

Описание слайда:

РАБОТА – ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА

Слайд 16

Описание слайда:

Слайд 17

Описание слайда:

Слайд 18

Описание слайда:

Первое начало термодинамики (закон сохранения энергии при тепловых процессах) Количество теплоты, сообщаемой телу, идёт на увеличение внутренней энергии и на совершение телом работы:

Слайд 19

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 таковыми не являются и их приращения не являются полными дифференциалами.

Слайд 20

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 21

Описание слайда:

Слайд 22

Описание слайда:

Слайд 23

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 24

Описание слайда:

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

Слайд 25

Описание слайда:

Слайд 26

Описание слайда:

Если за цикл совершается положительная работа (цикл протекает по часовой стрелке), то он называется прямым. Если за цикл совершается отрицательная работа (цикл протекает против часовой стрелки), то он называется обратным.

Слайд 27

Описание слайда:

Слайд 28

Описание слайда:

Слайд 29

Описание слайда:

Т.о. работа, совершаемая за цикл, равна количеству полученной извне теплоты. Однако в результате кругового процесса система может теплоту как получать, так и отдавать, поэтому Q1 – количество теплоты, полученное системой; Q2 – количество теплоты, отданное системой.

Слайд 30

Описание слайда:

Термический коэффициент полезного действия ( КПД ) для кругового процесса: Все термодинамические процессы, в том числе и круговые, делят на две группы: обратимые и необратимые.

Слайд 31

Описание слайда:

Слайд 32

Описание слайда:

Слайд 33

Описание слайда:

При адиабатическом расширении газа условие теплоизолированности системы исключает непосредственный теплообмен между системой и средой. Поэтому, производя адиабатическое расширение газа, а затем сжатие, можно вернуть газ в исходное состояние так, что в окружающей среде никаких изменений не произойдет. Это и будет обратимый процесс.

Слайд 34

Описание слайда:

Тепловые машины Тепловой машиной называется периодический действующий двига-тель, совершающий работу за счет получаемого извне тепла. При этом теплота, взятая у источника, может быть превращена в работу в цикличес- ком процессе при условии, что кроме этого должно изменяться состояние какого-то другого тела или тел.

Слайд 35

Описание слайда:

Слайд 36

Описание слайда:

Но чтобы при этом была совершена полезная работа, возврат должен быть произведен с наименьшими затратами. Полезная работа равна разности работ расширения и сжатия, т.е. равна площади, ограниченной замкнутой кривой. Обязательными частями тепловой машины являются: нагреватель (источник энергии), холодильник и рабочее тело (газ, пар).

Слайд 37

Описание слайда:

Слайд 38

Описание слайда:

Принцип действия тепловых двигателей

Слайд 39

Описание слайда:

Зачем холодильник? Так как в тепловой машине реализуется круговой процесс, то вернуться в исходное состояние можно с меньшими затратами, если отдать часть тепла. Если охладить пар, то его легче сжать, следовательно, работа сжатия будет меньше работы расширения. Поэтому в тепловых машинах используется холодильник.

Слайд 40

Описание слайда:

Слайд 41

Описание слайда:

От термостата с более высокой температурой Т1, называемого нагревателем, за цикл отнимается количество теплоты Q1, а термостату с более низкой температурой Т2, называемому холодильником, за цикл передается количество теплоты Q2 и совершается работа A:

Слайд 42

Описание слайда:

КПД тепловых двигателей

Слайд 43

Описание слайда:

КПД тепловых двигателей

Слайд 44

Описание слайда:

КПД тепловых двигателей

Слайд 45

Описание слайда:

КПД тепловых двигателей

Слайд 46

Описание слайда:

КПД тепловых двигателей

Слайд 47

Описание слайда:

Слайд 48

Описание слайда:

Слайд 49

Описание слайда:

Слайд 50

Описание слайда:

Цикл Карно (обратимый).

Слайд 51

Описание слайда:

Карно Никола Леонард Сади (1796 – 1832) – французский физик и инженер, один из создателей термодинамики. Впервые показал, что работу можно получить в случае, когда тепло переходит от нагретого тела к более холодному. Ввел понятие кругового и обратимого процессов, идеального цикла тепловых машин, заложил тем самым основы их теории. Пришел к понятию механического эквивалента теплоты. В 1824 г. опубликовал сочинение «Размышления о движущей силе огня и о машинах способных развить эту силу».

Слайд 52

Описание слайда:

Цикл Карно является самым экономичным и представляет собой круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат

Слайд 53

Описание слайда:

Слайд 54

Описание слайда:

ТЕОРЕМА КАРНО Из всех периодически действующих тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей и холодильников, наибольшим КПД обладают обратимые машины. Причем КПД обратимых машин, работающих по циклу Карно, равны друг другу и не зависят от конструкции машины и от природы рабочего вещества. При этом КПД меньше единицы.

Слайд 55

Описание слайда:

Слайд 56

Описание слайда:

Слайд 57

Описание слайда:

Слайд 58

Описание слайда:

Видно, что η < 1 и зависит от разности температур между нагревателем и холодильником (и не зависит от конструкции машины и рода рабочего тела). Это ещё одна формулировка теоремы Карно. Цикл Карно, рассмотренный нами, был на всех стадиях проведен так, что не было необратимых процессов, (не было соприкосновения тел с разными температурами). Поэтому здесь самый большой КПД. Больше получить в принципе невозможно.

Слайд 59

Описание слайда:

Слайд 60

Описание слайда:

Холодильная машина

Слайд 61

Описание слайда:

Обратный цикл Карно можно рассмотреть на примере рис. Обратный цикл Карно можно рассмотреть на примере рис.

Слайд 62

Описание слайда:

В этом цикле , и работа, совершаемая над газом – отрицательна, т.е. Если рабочее тело совершает обратный цикл, то при этом можно переносить энергию в форме тепла от холодного тела к горячему за счет совершения внешними силами работы.

Слайд 63

Описание слайда:

Холодильный коэффициент К для холодильных машин Карно:

Слайд 64

Описание слайда:

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

Слайд 65

Описание слайда:

Удельная теплоёмкость Суд – есть количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы вещества на 1 градус [Cуд] = Дж/(кг∙К). Для газов удобно пользоваться молярной теплоемкостью Сμ  количество теплоты, необходимое для нагревания 1 моля газа на 1 градус [Cμ] = Дж/(мольК).

Слайд 66

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 67

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 68

Описание слайда:

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

Слайд 69

Описание слайда:

При изобарическом процессе кроме увеличения внутренней энергии происходит совершение работы газом (из I начала ТД): (для 1 моля) Из основного уравнения молекулярно-кинетической теории для 1моля: При изобарическом процессе Р = const. Тогда получим:

Слайд 70

Описание слайда:

Это уравнение Роберта 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 изобаричес-ком процессе. Используя это соотношение, Роберт Майер в 1842 г. вычислил механический эквивалент теплоты: 1 кал = 4,19 Дж. Для ν молей:

Слайд 71

Описание слайда:

В общем случае так как внутренняя энергия U может зависеть только от температуры. В случае 1 моля идеального газа спра-ведлива формула изм. внутренней энергии: Из этого следует, что для 1 моля:

Слайд 72

Описание слайда:

Внутренняя энергия идеального газа является только функцией температуры (и не зависит от V, Р и тому подобных величин), поэтому формула справедлива для любого процесса ( для 1 моля). Для произвольной массы идеального газа:

Слайд 73

Описание слайда:

Внутренняя энергия одного моля идеального одноатомного газа равна: Внутренняя энергия одного моля идеального одноатомного газа равна:

Слайд 74

Описание слайда:

Внутренняя энергия одного моля идеального газа c i степенями свободы равна: Внутренняя энергия одного моля идеального газа c i степенями свободы равна:

Слайд 75

Описание слайда:

Слайд 76

Описание слайда:

Слайд 77

Описание слайда:

Слайд 78

Описание слайда:

Адиабатный (адиабатический) процесс Это процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой, т.е. При адиабатном процессе работа системы (или над системой) совершается за счет изме-нения внутренней энергии газа: (из I начала ТД: при ). Вывод уравнения адиабаты. и A = PdV : Для 1 моля идеального газа:

Слайд 79

Описание слайда:

Слайд 80

Описание слайда:

Слайд 81

Описание слайда:

Слайд 82

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 или Здесь n – показатель политропы:

Слайд 83

Описание слайда:

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