ЛЕКЦИЯ 8
| Тема 11
| ТЕРМОДИНАМИКА
- раздел физики, изучающий свойства физических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими состояниями
| | Термодинамическая система
| ➨ совокупность макроскопических тел, которые могут взаимодействовать между собой и внешней средой посредством теплообмена.
| | Макроскопические
параметры
| ➨ величины, характеризующие состояние макроскопических тел без учета молекулярного строения тел (p, V,Т);
| | Тепловое
равновесие
(термодинамическое равновесие)
| ➨ состояние термодинамической системы, к которому она самопроизвольно приходит через достаточно большой промежуток времени в условиях изоляции от окружающей среды;
➨ при тепловом равновесии прекращаются все виды теплообмена, температура составляющих термодинамической системы одинакова;
| | Теплообмен
(теплопередача)
| ➨ процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы. Энергия передается от более нагретых тел к менее нагретым.
Виды теплообмена:
‒ конвекция,
‒ теплопроводност ь,
‒ тепловое излучение.
| | ● конвекция
| ➨ перенос энергии потоками жидкости или газа;
| | ● теплопроводность
| ➨ непосредственный обмен энергией между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел или частей одного и того же тела;
| | ● тепловое излучение
| ➨ электромагнитное излучение, испускаемое веществом за счет расхода собственной внутренней энергии;
➨ тепловое излучение присуще газам, жидкостям и твердым телам;
| | ТЕМПЕРАТУРА
| ➨ физическая величина, которая характеризует степень нагретости тела;
| | ● с точки зрения ТД
| ➨ температура является величиной, характеризующей направление теплообмена;
| | ● с точки зрения МКТ
| ➨ температура есть величина, характеризующая среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул идеального газа;
| | ● абсолютный
нуль температуры
| ➨ температура, при которой прекращается поступательное движение молекул;
➨ температура абсолютного нуля равна - 273 С;
| | Измерение
температуры
| ➨ прибор для измерения температуры посредством контакта с исследуемой средой; снабжен шкалой температур для отсчета показаний; в устройстве использовано свойство тел изменять объем при нагревании или охлаждении.
| | ● термометр
| | Термометрическая
величина
| ➨ физическая величина, служащая индикатором температуры.
Например, в спиртовом термометре:
термометрическое тело - спирт;
термометрическая величина -объем спирта;
| | ТЕМПЕРАТУРНЫЕ
ШКАЛЫ
| ➨ системы сопоставимых значений температуры, представляющие собой конкретную функциональную числовую связь температуры со значениями измеряемого термометрического свойства;
| ● шкала Цельсия
t [0С]
| ➨ температурная шкала, в которой базовыми точками были приняты:
 - температура таяния льда;
 - температура кипения воды;
➨ интервал между этими значениями разделен на 100 равных частей, названных градусами Цельсия (0С), обозначается буквой t;
➨ в 1742 г. предложил шведский ученый А. Цельсий; шкала широко используется в настоящее время во всем мире;
| | ● шкала Кельвина
T [К]
Т = t0C + 273 К
| ➨ абсолютная шкала температур; шкала разделена на 100 равных частей;
➨ величина градуса этой шкалы равна градусу шкалы Цельсия - (10С = 1К) и называется Кельвин (К); обозначается буквой Т;
 = 273 К;
 = 373 К;
0 К = -273 С.
➨ в 1848 г. шкала была предложена английским физиком У. Томсоном (лордом Кельвином).
| ● шкала Фаренгейта
tФ [0F]
 
 
| ➨ температурная шкала, в которой интервал между точками таяния льда и кипения воды разделен на 180 частей – градусов Фаренгейта (0F);
точке таяния льда присвоено значение 320F,
точке кипения воды 212 0F; обозначается tФ.
➨ в 1724 г. шкала предложена немецким физиком Д.Г. Фаренгейтом, традиционно применяется в ряде стран (в частности, в США, в Англии).
➨ Например, по Фаренгейту нормальная температура человеческого тела 980 F;
| ● шкала Реомюра
tR [0R]
10R = 1,250С
| ➨ температурная шкала, единицей которой являлся градус Реомюра (0R), равный 1/80 части температурного интервала между точками таяния льда (00 R) и кипения воды (800 R).
➨ в 1730 г. шкала предложена французским ученым Р.А. Реомюром. В России шкала использовалась до 1930 г., в настоящее время практически вышла из употребления;
| | ВНУТРЕННЯЯ
ЭНЕРГИЯ
U [Дж]
| ➨ сумма кинетической энергии теплового движения молекул (атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия;
| ● внутренняя энергия
одноатомного
идеального газа
| ➨ равна сумме средних кинетических энергий поступательного движения молекул, составляющих газ
(  ;  )
| ● изменение
внутренней энергии
| ➨ в ТД процессе изменение внутренней энергии идеального газа определяется только изменением его температуры и не зависит от характера этого процесса.
| | ● cпособы изменения
внутренней энергии
| ➨ 1) теплообмен (нагревание или охлаждение газа);
2) совершение работы (сжатие или
расширение газа);
| | КОЛИЧЕСТВО
ТЕПЛОТЫ
Q [Дж]
| ➨ мера изменения внутренней энергии тел при теплообмене;
➨ калория – внесистемная единица количества теплоты
1 кал = 4,1868 Дж;
1 ккал = 4186,8 Дж
| ● теплоемкость
вещества
 
| ➨ физическая величина, численно равная количеству теплоты Q, которое необходимо сообщить телу для нагревания его на один градус
(10С или 1 К)
| ● удельная
теплоемкость
вещества
 
| ➨ количество теплоты Q, подводимое к веществу массой 1 кг для изменения его температуры на один градус (10С или 1 К);
➨одно и то же вещество, находящееся в разных агрегатных состояниях, имеет разную удельную теплоемкость;
Например, сльда = 2100 Дж/кг·К;
своды = 4200 Дж/кг·К
| ● теплота
нагревания 
охлаждения
| ► с – удельная теплоемкость вещества;
 - масса вещества;
► формула справедлива в пределах одного агрегатного состояния вещества;
| ● молярная
теплоемкость
 
| ➨ количество теплоты, подводимое к одному молю вещества для изменения его температуры на один градус (10С или 1 К);
| ● закон сохранения
количества теплоты
уравнение
теплового баланса
 
| ➨ в процессе теплообмена количество теплоты , отдаваемое телами с более высокой температурой, равно количеству теплоты  , которое получают тела с более низкой температурой;
| ● пример уравнения
теплового баланса
с1m1(T1-  ) =
= с2m2( -T2)
| ➨ описывает состояние теплового равновесия двух тел с удельной теплоемкостью, массой и начальной температурой с1,m1,T1 и с2,m2,T2 соответственно и установившейся промежуточной общей температурой (Т1> >Т2);
| РАБОТА
в термодинамике
| ➨ находящийся в сосуде газ оказывает на поршень площадью S давление р=F/S, под действие которого поршень перемещается на расстояние  , изменяя объем газа на  и совершая работу  ;
| ● знак работы
|
работа положительная при расширении газа  ;
работа отрицательная при сжатии газа  ;
работа равна нулю, если объем газа не изменялся  с течением времени;
| | Работа в изопроцессах
| | ● изотермический
процесс
|
➨ или 
| | ● изобарный
процесс
|
➨ 
| | ● изохорный
процесс
| ➨ А=0
| | Графическое
изображение
работы
| 
| | ЛЕКЦИЯ 9
| | Закон сохранения энергии в тепловых процессах
| ➨ во всех процессах, происходящих в природе, энергия не исчезает и не создается, а переходит от одного тела к другому и превращается из одного вида в другой в эквивалентных количествах;
| ПЕРВЫЙ ЗАКОН
термодинамики
| ➨ количество теплоты Q, сообщенное термодинамической системе, расходуется на изменение внутренней энергии ΔUсистемы и на совершение системой механической работы A;
| | ● вечный двигатель
первого рода
| ➨ нельзя построить периодически действующий двигатель, который совершал бы работу большую, чем та энергия, которая подводится к двигателю извне.
| | Применение первого закона ТД к изопроцессам
| ● изотермический
процесс
|
➨  = или Q= 
| ● изобарный
процесс
| ➨   
| ● изохорный
процесс 
|
➨  
| ● адиабатный
процесс 
|
➨   
| | Необратимость
тепловых
процессов
| ➨ необратимыми называются такие процессы, которые могут самопроизвольно протекать только в одном направлении – от горячего тела к холодному; в обратном направлении они могут протекать только как одно из звеньев более сложного процесса.
Все реальные процессы – необратимые, протекают с невосполнимой потерей энергии на нагрев окружающей среды, преодоление сил трения.
| | ВТОРОЙ ЗАКОН
термодинамики
| ➨ исторически открытие второго закона ТД было связано с изучением вопроса о максимальном КПД тепловых машин, проведенным французским ученым С. Карно. Позднее Клаузиус и Кельвин предложили различные по виду, но эквивалентные формулировки второго закона ТД;
| | ● формулировка
Клаузиуса
| ➨ невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому;
| | ● формулировка Кельвина
| ➨ невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу;
| | ● вечный двигатель
второго рода
| ➨ невозможно построить периодически действующую машину, которая целиком превращала бы в работу теплоту, извлекаемую из окружающих тел (океана, атм. воздуха);
| | Статистическое
обоснование второго
закона ТД
| ➨ второй закон термодинамики является статистическим законом и описывает закономерности хаотического движения большого числа частиц, составляющих замкнутую систему;
| Круговой процесс
(цикл)
| ➨ термодинамический процесс, в результате совершения которого рабочее тело возвращается в исходное состояние;
➨ на диаграммах состояния p-V, p-T и др. изображаются в виде замкнутых кривых;
➨ круговые процессы являются физической основой работы тепловых двигателей;
| | ● прямой цикл
| ➨ круговой процесс, в котором рабочее тело совершает положительную работу за счет сообщенной ему теплоты;
➨ на диаграмме прямой цикл изображен замкнутой кривой, которая обходится по часовой стрелке ( );
| | ● обратный цикл
| ➨ круговой процесс, в котором рабочее тело совершает отрицательную работу, т.е. над рабочим телом совершается и от него отводится равное количество теплоты;
➨ на диаграмме обратный цикл изображен замкнутой кривой, которая обходится против часовой стрелки ( );
| | Тепловой двигатель
| ➨ периодически действующая машина, совершающая механическую работу за счет получаемого извне количества теплоты;
➨ периодичность заключается в многократном повторении одного и того же рабочего цикла – после расширения следует сжатие газа;
➨ реальные тепловые двигатели работают по разомкнутому циклу: после расширения газ выбрасывается и сжимается новая порция; цикл может быть замкнутый, тогда расширяется и сжимается одна и та же порция газа;
| ● устройство теплового
 двигателя
| ➨ Рабочее тело - газ или пар – при расширении совершает работу.
Нагреватель имеет температуру Тни передает количество теплоты Qнрабочему телу.
При сжатии рабочее тело передает холодильнику количество теплоты Qх; температура холодильника Тх меньше температуры нагревателя Тн; роль холодильника часто играет атмосфера.
Из закона сохранения энергии следует, что работа, совершаемая тепловой машиной за один цикл, равна
| ● КПД
теплового двигателя
| ➨ отношение работы А,совершенной тепловым двигателем, к количеству теплоты Qн, полученному от нагревателя;
| | ● идеальный тепловой
двигатель
| ➨ двигатель, не имеющий потерь на механическое трение и работающий по особому круговому циклу, называемому циклом Карно;
|  Цикл Карно
Изотермы - 1-2; 3-4
Адиабаты - 2-3; 4-1
| ➨ представляет собой идеализацию цикла реальной тепловой машины; рабочим телом является идеальный газ;
цикл является прямым обратимым круговым процессом, состоящим из двух изотерм и двух адиабат;
➨ ( ) - изотермическое расширение - рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты  ;
➨ ( ) - изотермическое сжатие - рабочее тело отдает холодильнику количество теплоты  ;
➨ при адиабатном расширении и сжатии, энергия извне к рабочему телу не поступает и эти процессы происходят за счет изменения его внутренней энергии;
| КПД идеального
теплового двигателя
| ➨ увеличение КПД зависит от разности между температурами нагревателя Тн и холодильника Тх и не зависит от свойств рабочего тела и конструкции двигателя;
| | Основные виды
тепловых двигателей
| ➨ по способам получения механического движения подразделяются на:
| | ● поршневые
| ➨ паровые машины (КПД до 20%);
➨ двигатели внутреннего сгорания:
▪ карбюраторные (КПД- 18-24%) – создал в 1867г. Н. Отто, применяются в настоящее время;
▪ дизели (КПД - 30-39%) - создал в 1897г. Р.Дизель, применяются в настоящее время;
| | ● ротационные
| ➨ паровая (КПД до 43%);
➨ газовая турбина (КПД – до 34%);
| | ● реактивные
| ➨ ракетные двигатели
➨ воздушно-реактивные
|
(КПД до 42%)
| | | | | |
| Тема 12
| ЖИДКОСТИ И ТВЕРДЫЕ ТЕЛА
| | Агрегатные состояния
вещества
| ➨ характеризуются определенной внутренней структурой вещества и его свойствами. Различают три агрегатных состояния: твердое, жидкое, газообразное.
Четвертым агрегатным состоянием вещества считают плазму (ионизированный газ);
| | · газ
| ➨ вещество летучее (занимающее весь предоставленный ему объем), легкосжимаемое.
| | · жидкость
| ➨ вещество, которое, имея определенный объем, принимает форму сосуда, в котором оно находится; трудно сжимаемое.
| | · твердое тело
| ➨ вещества, которые способны длительное время сохранять свои форму и объем без воздействия внешних сил.
Различают: кристаллические и аморфные тела.
| | Изменения агрегатного
состояния вещества
| 
| | ЖИДКОСТЬ ГАЗ
| | Парообразование
| ➨ явление перехода твердого или жидкого вещества в пар;
| | твердого вещества
| - сублимация (возгонка);
| | жидкого вещества
| - испарение, кипение;
| | Сублимация (возгонка)
(твердое тело пар)
| ➨ переход вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое.
Примеры: бром, йод, нафталин, «сухой лед».
| | Испарение
(жидкость пар)
| ➨ процесс парообразования, происходящий с открытой поверхности жидкости.
Испарение зависит от:
1) рода жидкости; 2) температуры;
3) площади свободной поверхности;
4) внешнего давления; 5) скорости удаления молекул от поверхности жидкости.
| | Конденсация
(пар жидкость)
| ➨ переход вещества из газообразного состояния в жидкое.
| | В результате хаотического движения над поверхностью жидкости молекулы пара, попадая в сферу действия молекулярных сил, вновь возвращаются в жидкость.
| | Пар
| ➨ совокупность молекул, вылетающих из жидкости.
| | · насыщенный пар
| ➨ пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью.
| | ● динамическое равновесие
| ➨ равенство числа молекул, покинувших жидкость при испарении и вернувшихся в нее при конденсации.
| | · ненасыщенный пар
| ➨ пар, не находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью (процесс испарения преобладает над процессом конденсации).
| | Влажность воздуха
| ➨ характеризует наличие водяного пара в воздухе.
Различают: абсолютную и
относительную влажность воздуха.
| ● абсолютная влажность
 
| ➨ физическая величина, показывающая, какая масса паров воды находится в 1 м3 воздуха и равная отношению массы m водяного пара к объему воздуха V,в котором он находится;
➨ абсолютная влажность определяется либо плотностью  водяного пара в воздухе, либо парциальным давлением водяных паров, находящихся в воздухе
| ● относительная влажность
 
или
| ➨ физическая величина, характеризующая степень насыщения воздуха паром;
➨ равнаотношению абсолютной влажности к плотности  насыщенного водяного пара при данной температуре, выраженное в процентах
или
➨ равна отношению давления р водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению р0 насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах.
При понижении температуры относительная влажность увеличивается.
| | ● точка росы
| ➨температура  , при которой относительная влажность становится равной 100%.
При этой температуре в воздухе и соприкасающихся с ним предметах наблюдается конденсация водяных паров (выпадает роса).
| | · приборы для
измерения влажности
| ➨ гигрометр, психрометр;
| | Кипение жидкости
| ➨ парообразование, происходящее одновременно с поверхности и по всему объему жидкости при постоянной температуре.
С повышением внешнего давления температура кипения повышается, а с понижением давления – температура кипения понижается.
| ● теплота парообразования
конденсации
 [Дж]
| ➨ теплота парообразования и теплота конденсации численно равны произведению удельной теплоты парообра-зования вещества  на его массу  .
| ● удельная теплота
парообразования
 
| ➨ количество теплоты, необходимое для превращения при постоянной температуре 1 кг жидкости в пар.
| | ЖИДКОСТЬ ТВЕРДОЕ ТЕЛО
| | Плавление
твердых тел
| ➨ процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое, происходящий при определенной температуре с поглощением теплоты.
| | Затвердевание
(кристаллизация)
твердых тел
| ➨ процесс перехода вещества из жидкого состояния в твердое, происходящий при определенной температуре с выделением теплоты.
| ● теплота плавления
затвердевания
(кристаллизации)
 [Дж]
| ➨ теплота плавления и теплота кристаллизации численно равны произведению удельной теплоты плавления тела  на его массу  .
| ● удельная теплота
плавления
 Дж/кг]
|
| ➨ количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг твердого вещества при температуре плавления в жидкость той же температуры.
| · теплота, выделяющаяся
при сгорании топлива
 [Дж]
| ➨ теплота, выделяющаяся при сгорании топлива, равна произведению удельной теплоты сгорания топлива  на массу вещества  ;
| · удельная теплота
сгорания топлива
 Дж/кг]
|
| ➨ количество теплоты, которое выделяет 1 кг топлива при полном его сгорании;
| Кристаллические
тела
 все металлы,
графит,
алмаз,
кварц,
лед
| ➨ твердые тела, состоящие из молекул (атомов, ионов), которые образуют строго упорядоченную структуру – кристаллическую решетку, связаны между собой силами межмолекулярного взаимодействия, расположены в узлах кристаллической решетки и совершают хаотичные колебаний вокруг положения равновесия;
➨ правильную геометрическую форму; периодически повторяющуюся внутреннюю структуру во всем объеме; обладают анизотропией.
| | ● анизотротия
| ➨ зависимость физических свойств от направления внутри кристалла;
| | ● изотропность
| ➨ физические свойства одинаковы по всем направлениям;
| | ● монокристаллы
| ➨ кристаллическое твердое тело, представляющее собой один кристалл.
| | ● поликристаллы
| ➨ твердые тела, состоящие из множества сросшихся монокристаллов; каждый маленький монокристалл анизотропен, а поликристалл – изотропен;
➨ поликристаллическое строение имеют большинство твердых тел (минералы, сплавы, керамика);
| | Аморфные тела
смола,
янтарь,
стекло,
битум,
пластмассы
| ➨ не имеют строгой кристаллической решетки, атомы вещества хаотично расположены и совершают колебания вокруг положения равновесия; занимают промежуточное положение между кристаллическими твердыми телами и жидкостями; пластичны; не имеют определенной температуры плавления (затвердевания); изотропны.
| | | | | | | | |
Библиографический список литературы
1. Григорьев, В.И. Силы в природе / В.И. Григорьев, Г.Я. Мякишев. – М.: Наука, 1983.
2. Иванов, Б.Н. Законы физики: уч. пособие для вузов. – М.: Высш. шк, 1986.
3. Ильин, В.А. История физики. Учебное пособие. М.: Издательский центр «Академия», 2003.
4. Платунов Е.С.Физика. Словарь-справочник / Е.С. Платунов, В.А. Самолетов, С.Е. Буравой. - СПб: Питер, 2005.
5. Савельев И.В. Курс общей физики. т.3. М.: Наука,1985.
6. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш.шк., 1985.
7. Физический энциклопедический словарь./Глав.ред. А.М. Прохоров-М.: Сов. энциклопедия, 1983.
8. Физическая энциклопедия: т.1-3.- М.: Изд-во Сов. Энциклопедия, 1988.
9. Яворский Б.М. Справочник по физике / Б.М. Яворский,
А.А. Детлаф. - М.: Наука, 1981.
Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...
|
Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...
|
Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...
|
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при которых тело находится под действием заданной системы сил...
|
Типовые ситуационные задачи. Задача 1.У больного А., 20 лет, с детства отмечается повышенное АД, уровень которого в настоящее время составляет 180-200/110-120 мм рт Задача 1.У больного А., 20 лет, с детства отмечается повышенное АД, уровень которого в настоящее время составляет 180-200/110-120 мм рт. ст. Влияние психоэмоциональных факторов отсутствует. Колебаний АД практически нет. Головной боли нет. Нормализовать...
Эндоскопическая диагностика язвенной болезни желудка, гастрита, опухоли Хронический гастрит - понятие клинико-анатомическое, характеризующееся определенными патоморфологическими изменениями слизистой оболочки желудка - неспецифическим воспалительным процессом...
Признаки классификации безопасности Можно выделить следующие признаки классификации безопасности.
1. По признаку масштабности принято различать следующие относительно самостоятельные геополитические уровни и виды безопасности.
1.1. Международная безопасность (глобальная и...
|
Общая и профессиональная культура педагога: сущность, специфика, взаимосвязь Педагогическая культура- часть общечеловеческих культуры, в которой запечатлил духовные и материальные ценности образования и воспитания, осуществляя образовательно-воспитательный процесс...
Устройство рабочих органов мясорубки Независимо от марки мясорубки и её технических характеристик, все они имеют принципиально одинаковые устройства...
Ведение учета результатов боевой подготовки в роте и во взводе Содержание журнала учета боевой подготовки во взводе. Учет результатов боевой подготовки - есть отражение количественных и качественных показателей выполнения планов подготовки соединений...
|
|
