Презентация на тему: Основы термодинамики

Основы термодинамики
Цели урока:
Основы термодинамики
ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ.
ИЗ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ
ИЗ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ
ЧТО ИЗУЧАЕТ ТЕРМОДИНАМИКА?
ГРАНИЦЫ ПРИМЕНИМОСТИ ТЕРМОДИНАМИКИ
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
Основы термодинамики
Внутренняя энергия
Внутренняя энергия идеального одноатомного газа
Внутренняя энергия идеального одноатомного газа
Внутренняя энергия идеального двухатомного газа
Основы термодинамики
В общем виде:
Изменение внутренней энергии тела Δ U
Работа в термодинамике
I ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
Первый закон термодинамики
ТЕРМОДИНАМИКА ИЗОПРОЦЕССОВ.
ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
При изотермическом процессе (Т= const) :
ИЗОХОРНЫЙ ПРОЦЕСС
Работа газа при изопроцессах
ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕСС
При изобарном процессе (Р= const) :
АДИАБАТНЫЙ ПРОЦЕСС
Геометрическое истолкование работы:
Количество теплоты – часть внутренней энергии, которую тело получает или теряет при теплопередаче
Применение первого закона термодинамики к различным процессам
II ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
Основы термодинамики
Основы термодинамики
ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ – ГЛАВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СОВРЕМЕННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Основы термодинамики
Основы термодинамики
Основы термодинамики
Основы термодинамики
Основы термодинамики
ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ТЕРМОДИНАМИКА И ПРИРОДА
Тест по ТЕРМОДИНАМИКЕ
Тест по ТЕРМОДИНАМИКЕ (продолжение)
1/44
Средняя оценка: 4.6/5 (всего оценок: 70)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (672 Кб)
1

Первый слайд презентации: Основы термодинамики

Изображение слайда
2

Слайд 2: Цели урока:

Сформировать основные понятия термодинамики Сформулировать первый закон термодинамики Рассмотреть принцип действия тепловых двигателей и их КПД Выявить отрицательное воздействие тепловых двигателей на окружающую среду и наметить пути решения этой проблемы

Изображение слайда
3

Слайд 3

ТЕРМОДИНАМИКА СТАТИСТИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА КЛАССИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА ИЛИ ТЕРМОДИНАМИКА РАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССОВ. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА ТЕРМОДИНАМИКА НЕРАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССОВ ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Изображение слайда
4

Слайд 4: ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ

Это теория о наиболее общих свойствах макроскопических тел. На первый план выступают тепловые процессы и энергетические преобразования Ядром являются два начала (закона) термодинамики

Изображение слайда
5

Слайд 5: ИЗ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ

АВТОР СУТЬ ВВЕДЕННЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ Д. Фаренгейт (1685-1736) голливудский физик, мастер-стеклодув В 1710 – 1714 годах предложил шкалу и термометр: 0 ° - температура смеси воды, льда и поваренной соли, 32 ° - температура смеси воды и льда, 212 ° - температура кипения воды, 96 ° - температура тела человека. А. Цельсий (1701 – 1744), шведский физик и астроном. В 1742 году предложил стоградусную шкалу температур: 0 ° - температура таяния льда, 100 ° - температура кипение воды Ж. Понселе (1788 – 1867), французский физик и инженер. В 1826 году ввел понятие работы и единицы её измерения. С. Карно (1796 – 1832), французский физик и инженер. Ввел представление об идеальной тепловой машине, а в 1824 году фактически дал формулировку второго начала термодинамики, связал тепло с движение частиц тела. Б. Клапейрон (1799 – 1864), французский физик и инженер. В 1834 году вывел уравнение состояния идеального газа, обобщенное в дальнейшем Д. И. Менделеевым.

Изображение слайда
6

Слайд 6: ИЗ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ

АВТОР СУТЬ ВВЕДЕННЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ Р. Майер (1818 – 1878), немецкий врач и естествоиспытатель. В 1842 году одним из первых сформулировал закон сохранения и превращения энергии. Дж. Джоуль (1818 – 1889), английский физик В 1843 году первый вычислил механический эквивалент теплоты и пришел к закону сохранения энергии. Г. Гельмгольц (1821 – 1894), немецкий физик и естествоиспытатель В 1847 году дополнив идеи Майера и опыты Джоуля, сформулировал и математически обосновал закон сохранения и превращения энергии. Р. Клаузиус (1822 – 1888), немецкий физик-теоретик. В 1850 году сформулировал второе начало термодинамики, а в 1854 г. дал математическую формулировку первого начала. У. Томсон (Кельвин) (1824 – 1907), английский физик. В 1848 году ввел понятие абсолютной температуры, в 1851 году сформулировал второе начало термодинамики.

Изображение слайда
7

Слайд 7: ЧТО ИЗУЧАЕТ ТЕРМОДИНАМИКА?

 Возникла как наука тепловых процессов, рассматриваемых с точки зрения энергетических преобразований.  Не рассматривает явления с точки зрения движения молекул.  Изучает наиболее общие свойства макроскопических систем, находящихся в равновесном состоянии, и процессы их перехода из одного состояния в другое.  Термодинамический метод широко используется в других разделах физики, химии, биологии.  Как и любая физическая теория или раздел физики, имеет свои границы применимости.

Изображение слайда
8

Слайд 8: ГРАНИЦЫ ПРИМЕНИМОСТИ ТЕРМОДИНАМИКИ

Неприменима к системе из нескольких молекул. Не может быть применима ко всей Вселенной, слишком сложной и неопределенной физической системе.

Изображение слайда
9

Слайд 9: ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Любая совокупность макроскопических тел, которые взаимодействуют между собой и с внешними объектами посредством передачи энергии и вещества. ИЗОЛИРОВАННЫЕ СТАТИЧЕСКИЕ Не обмениваются с другими системами ни веществом ни энергией При отсутствие взаимодействия параметры системы остаются неизменными ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОТКРЫТАЯ ЗАКРЫТАЯ С окружающей средой веществом не обменивается, но обменивается энергией Обменивается и энергией Живой организм утюг

Изображение слайда
10

Слайд 10

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ Р - давление V - объём T - температура U - внутренняя энергия Совокупность физических величин, характеризующих свойства термодинамической системы.

Изображение слайда
11

Слайд 11: Внутренняя энергия

Определение: Внутренняя энергия тела – это сумма кинетической энергии хаотического теплового движения частиц (атомов и молекул) тела и потенциальной энергии их взаимодействия Обозначение: U Единицы измерения: [ Дж ]

Изображение слайда
12

Слайд 12: Внутренняя энергия идеального одноатомного газа

число молекул кинетическая энергия одной молекулы (N A k = R)

Изображение слайда
13

Слайд 13: Внутренняя энергия идеального одноатомного газа

Изображение слайда
14

Слайд 14: Внутренняя энергия идеального двухатомного газа

Изображение слайда
15

Слайд 15

Так как - уравнение Менделеева–Клапейрона, то внутренняя энергия: - для одноатомного газа - для двухатомного газа.

Изображение слайда
16

Слайд 16: В общем виде:

где i – число степеней свободы молекул газа ( i = 3 для одноатомного газа и i = 5 для двухатомного газа)

Изображение слайда
17

Слайд 17: Изменение внутренней энергии тела Δ U

Совершение работы А над самим телом телом Δ U Δ U Теплообмен Q теплопроводность конвекция излучение

Изображение слайда
18

Слайд 18: Работа в термодинамике

Работа газа: Работа внешних сил:

Изображение слайда
19

Слайд 19: I ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Изменение внутренней энергии  U системы равно сумме работы A совершенной внешними телами над системой, и сообщенного ей количества теплоты Q.  U=A+Q A*=-A Q=A*+  U Количество теплоты Q, переданное системе, расходуется на увеличение её внутренней энергии  U и совершение системой работы A* над внешними телами. (Закон сохранения и превращения энергии в применении к тепловым процессам)

Изображение слайда
20

Слайд 20: Первый закон термодинамики

Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе Количество теплоты, переданное системе, идёт на изменение её внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами

Изображение слайда
21

Слайд 21: ТЕРМОДИНАМИКА ИЗОПРОЦЕССОВ

Процессы, происходящие при постоянном значении одного из параметров состояния ( T,V или P ) с данной массой газа называются изопроцессами. ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ИЗОХОРНЫЙ ИЗОБАРНЫЙ АДИАБАТНЫЙ

Изображение слайда
22

Слайд 22: ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

Процесс, происходящий при постоянной температуре. T=const P V 0 V 1 V 2  U=0 Q+A=0 Q=-A=A *

Изображение слайда
23

Слайд 23: При изотермическом процессе (Т= const) :

P V Изотермическое расширение Р 2 1 2 V 1 V 2

Изображение слайда
24

Слайд 24: ИЗОХОРНЫЙ ПРОЦЕСС

Процесс, происходящий при постоянном объёме. V=const Q=  U P V 0 A =0

Изображение слайда
25

Слайд 25: Работа газа при изопроцессах

При изохорном процессе ( V=const) : Δ V = 0 работа газом не совершается: P V Изохорное нагревание

Изображение слайда
26

Слайд 26: ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕСС

Процесс, происходящий при постоянном давлении (р). P V 0 V 1 V 2 A*=p ( + ) V 2 V 1  U=A+Q Q=A*+  U

Изображение слайда
27

Слайд 27: При изобарном процессе (Р= const) :

P V V 1 V 2 P Изобарное расширение 1 2

Изображение слайда
28

Слайд 28: АДИАБАТНЫЙ ПРОЦЕСС

Процесс, происходящий без теплообмена с внешней средой.(Обычно отсутствие теплообмена обусловлено быстротой процесса: теплообмен не успевает произойти) P V 0 V 1 V 2 Q=0  U=-A*

Изображение слайда
29

Слайд 29: Геометрическое истолкование работы:

Работа, совершаемая газом в процессе его расширения (или сжатия) при любом термодинамическом процессе, численно равна площади под кривой, изображающей изменение состояния газа на диаграмме (р, V). P V V 1 V 2 P P V Р 2 1 2 V 1 V 2 S S Р 1

Изображение слайда
30

Слайд 30: Количество теплоты – часть внутренней энергии, которую тело получает или теряет при теплопередаче

Процесс формула Нагревание или охлаждение С – удельная теплоёмкость вещества [ Дж/кг 0 К ], m – масса [ кг ], Δ T – изменение температуры [ 0 K]. Кипение или конденсация r – удельная теплота парообразования [ Дж/кг ] Плавление или кристаллизация λ - удельная теплота плавления вещества [ Дж/кг ] Сгорание топлива q – удельная теплота сгорания топлива [ Дж/кг ]

Изображение слайда
31

Слайд 31: Применение первого закона термодинамики к различным процессам

Процесс Постоянный параметр Первый закон термодинамики Изохорный V = const Δ U = Q Изотермический Т = const Q = A ' Изобарный Р = const Q = Δ U + A' Адиабатный Q = const Δ U = -A'

Изображение слайда
32

Слайд 32: II ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Тепловые процессы необратимы. Не возможно перевести теплоту от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или окружающих телах. (принцип Клаузиуса ) Не возможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара. Не возможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела более нагретому.

Изображение слайда
33

Слайд 33

Второй закон термодинамики был сформулирован как закон природы Н. Л. С. Карно в 1824 г., затем У. Томсоном (Кельвином) в 1841 г. и Р. Клаузиусом в 1850 г. Формулировки закона различны, но эквивалентны. Немецкий ученый Р. Клаузиус формулировал закон так:  невозможно перевести теплоту от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или окружающих телах.  Это означает, что теплота не может самопроизвольно переходить от более холодного тела к более горячему ( принцип Клаузиуса ). Согласно формулировке Томсона процесс, при котором работа переходит в тепло без каких-либо иных изменений состояния системы, необратим, т. е. невозможно преобразовать в  работу  все тепло, взятое от тела, не производя никаких других изменений состояния системы ( принцип Томсона ).

Изображение слайда
34

Слайд 34

Тепловые двигатели – устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую. Виды тепловых двигателей

Изображение слайда
35

Слайд 35: ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ – ГЛАВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СОВРЕМЕННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет полученной извне теплоты. НАГРЕВАТЕЛЬ (Т 1 ) РАБОЧЕЕ ТЕЛА ХОЛОДИЛЬНИК (Т 2 ) Q 1 Q 2 A* A*=Q 1 – Q 2 Виды двигателей: Паровая и газовая турбины Карбюраторный двс Дизель двс Ракетный двигатель

Изображение слайда
36

Слайд 36

Принцип действия тепловых двигателей Т 1 – температура нагревателя Т 2 – температура холодильника Q 1 – количество теплоты, полученное от нагревателя Q 2 – количество теплоты, отданное холодильнику

Изображение слайда
37

Слайд 37

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя – отношение работы А ’, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Изображение слайда
38

Слайд 38

где работа, совершаемая двигателем тогда КПД всегда меньше единицы, так как у всех двигателей некоторое количество теплоты передаётся холодильнику При двигатель не может работать

Изображение слайда
39

Слайд 39

Максимальное значение КПД тепловых двигателей (цикл Карно):

Изображение слайда
40

Слайд 40

Отрицательные последствия использования тепловых двигателей: Потепление климата Загрязнение атмосферы Уменьшение кислорода в атмосфере Решение проблемы: Вместо горючего использовать сжиженный газ. Бензин заменить водородом. Электромобили. Дизели. На тепловых электростанциях использовать скрубберы, в которых сера связывается с известью. Сжигание угля в кипящем слое. Двигатель КПД, % Паровая машина 1 Паровоз 8 Карбюрато- рный двигатель 20 - 30 Газовая турбина 36 Паровая турбина 35 - 46 Ракетный двигатель на жидком топливе 47 КПД тепловых двигателей

Изображение слайда
41

Слайд 41: ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Первого рода Второго рода Целиком превращал бы в работу теплоту, извлекаемою из окружающих тел Будучи раз пущен в ход, совершал бы работу неограниченно долгое время, не заимствуя энергию извне НЕВОЗМОЖНЫ Противоречит закону сохранения и превращения энергии Противоречит второму началу термодинамики

Изображение слайда
42

Слайд 42: ТЕРМОДИНАМИКА И ПРИРОДА

В окружающей нас природе термодинамически обратимых процессов нет. Энтропия в термодинамически не обратимых процессах, протекающих в изолированной системе, возрастает. По определению А. Эддингтона, возрастание энтропии, определяющей необратимые процессы есть «стрела времени»:чем выше энтропия системы, тем больше временной промежуток прошла система в своей эволюции. Возрастание энтропии вселенной должно привести к тому, что температура всех тел сравняется т. е. наступит тепловое равновесие и все процессы прекратятся, наступит «тепловая смерть Вселенной». (Выводы второго закона термодинамики не всегда имеют место в природе и его нельзя применить ко всем существующим процессам).

Изображение слайда
43

Слайд 43: Тест по ТЕРМОДИНАМИКЕ

На сколько отделов делится термодинамика как предмет ? а) на три в) на пять б) на четыре г) на шесть Кем была предложена температурная шкала, которой мы пользуемся в повседневной жизни? а) Кельвином в) Карно б) Цельсием г) Джоулем Что изучает термодинамика? а) тепловые процессы в) звуковые явления б) движение молекул г) механические явления Термодинамическая система, которая не взаимодействует с другими системами называется : а) закрытой в) статической б) изолированной г) открытой Процессы, происходящие при постоянной температуре называются: а) адиабатными в) изобарными б) изотермическими г) изохорными

Изображение слайда
44

Последний слайд презентации: Основы термодинамики: Тест по ТЕРМОДИНАМИКЕ (продолжение)

При каком изопроцессе работа не совершается? а) при изотермическом в) адиабатном б) изохорном г) изобарном 7. Согласно второму началу термодинамики тепловые процессы: а) обратимы в) необратимы б) изолированы г) закрыты 8. Какой двигатель не является тепловым? а) паровая турбина в) ракетный двигатель б) водяная турбина г) дизель 9. Энтропия в термодинамически необратимых процессах : а) возрастает в) не изменяется б) уменьшатся г) равна нулю 10. Тепловая смерть Вселенной наступит, если: а) температура всех тел сравняется; б) температура всех тел станет равной нулю; в) температура всех тел будет повышаться; г) температура всех тел будет понижаться.

Изображение слайда