Тема: «Тепловые двигатели и охрана окружающей среды»

Тема: «Тепловые двигатели и охрана окружающей среды».

Задание 1. Составить конспект по данной теме, по плану:

1 Что такое тепловые двигатели?

2. Виды тепловых двигателей.

3. Принцип работы тепловых двигателей.

4. Коэффициент полезного действия тепловых двигателей.

5. Пути уменьшения загрязнения окружающей среды.

Задание 2. Подготовить реферат из представленного списка, используя различную  литературу:

1. Карбюраторный двигатель и дизельный двигатель.

2. Паровая и газовая турбина.

3. Тепловой двигатель и охрана окружающей среды.

4. Изобретение автомобиля и паровоза.

5. Современные проблемы теплотехники.

Методические указания:

1. Реферат должен состоять не менее 10 – 15  листов формата А4.

2. Реферат должен состоять:

- из титульного листа, на котором указывается тема реферата.

- введение ;

- основная часть;

- заключение;

- приложение, если есть;

- использованная литература.

Тема: Внутренняя энергия идеального газа. Работа в термодинамике. Количество теплоты и теплоемкость. Удельная теплота парообразования, плавления.

В 19 веке было доказано, что наряду с механической энергией макроскопические тела обладают еще энергией, заключенной внутри самих тел. После открытия внутренней энергии был сформулирован закон сохранения и превращения энергии.

С молекулярно – кинетической точке зрения внутренняя энергия представляет собой суммарную энергию движения и взаимодействия микрочастиц, составляющих макросистему.

В состав внутренней энергии входят:

- кинетическая энергия поступательного, вращательного и колебательного движения молекул и атомов;

- потенциальная энергия взаимодействия молекул и атомов;

энергия электронных оболочек атомов;

- внутриядерная энергия.

В процессах, протекающих при не очень высоких температурах, изменение внутренней энергии сводится к изменению кинетической и потенциальной энергии молекул (или атомов), поскольку остальные составляющие внутренней энергии не изменяются.

Наиболее прост по своим свойствам одноатомный газ, состоящий из отдельных атомов, а не молекул. Одноатомными являются инертные газы – гелий, неон, аргон и др.

Для вычисления внутренней энергии идеального одноатомного газа нужно:

U – Внутренняя энергия, выражается в Джоулях.

Внутренняя энергия идеального одноатомного газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре.

Если использовать уравнение Менделеева – Клайперона, то

Для двухатомного газа 

Изменение внутренней энергии:

Внутренняя энергия может меняться в результате совершения работы и теплопередачи.

Рассмотрим, как меняется внутренняя энергия при выполнении механической работы. Например, при пилке дров происходит нагревание пилы. При сверлении детали сверло и деталь сильно нагреваются. Такого рода примеров можно привести очень много. Все они показывают, что когда совершается механическая работа по преодолению трения или разрушению материала, то происходит нагревание тел, т. е. увеличение их внутренней энергии, аналогичное тому как происходит при получение этими телами некоторого количества теплоты. В приведенных выше примерах происходит превращение механической энергии тел во внутреннюю энергию.

В термодинамике движение тела как целого не рассматривается, речь идет о перемещении частей макроскопического тела друг относительно друга. В результате  может меняться объем тела, а его скорость остается равной нулю, но скорость молекул тела (газа) меняется. Меняется и температура тела (газа). Работа в термодинамике определяется, так же как и механике, но она равна не изменению кинетической энергии тела, а изменению его внутренней энергии.

Работу газа можно записать в виде формулы: 

А – работа, совершаемая внешними телами;

. - работа самого газа;

р. – давление газа

При рассмотрении газ совершает положительную работу, отдает энергию окружающим телам.

При сжатии, работа, совершаемая газом, отрицательная. Внутренняя энергия газа при сжатии увеличивается.

Так же, изменить внутреннюю энергию газа можно не только совершая работу, но и нагревая газ.

Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называют теплообменом или теплопередачей.

  Теплообмен

Теплопроводность  конвекция  Лучистый теплообмен 

  (лучистый)

Энергия, переданная системе или полученная системой при теплообмене, называется количеством теплоты.

Количество теплоты обозначается - , выражается в Джоулях.

Если система (тело) получает тепло, то .

Если система отдает тепло, то .

К тепловым явлениям относится:

1. Нагревание, охлаждение.

2. Испарение, конденсация.

3. Кипение.

4. Плавление, кристаллизация.

Процесс	Формула
Нагревание или охлаждение		с - удельная теплоемкость вещества, выражается в ; - масса; - изменение температуры.
Кипение или конденсация		r - удельная теплота парообразования, выражается в .
Плавление или кристаллизация		- удельная теплота плавления вещества, выражается в .
Сгорание топлива		- удельная теплота сгорания топлива, выражается в .

Задание 1. Составить конспект.

Задание 2. Используя таблицу, решить следующие задачи:

1. Начертите примерные графики зависимости температуры вещества от времени для следующих процессов:

а) вода (при t1 = 20°С) → лед (при t2 = 0°С);

б) лед (при t1 = 0°С) → лед (при t2 = -10°С);

в) лед (при t1 = 0°С) → вода (при t2 = 40°С);

г) вода (при t1 = 50°С) → лед (при t2 = -15°С)

2. Рассчитайте количество теплоты, которое выделяется или поглощается в процессах, перечисленных в предыдущей задаче. Массу тела во всех случаях считать равной 2кг.

3. Пары спирта конденсируются при температуре 80°С, после чего образовавшийся спирт охлаждается до 10°С. Какое количество выделяется при этом, если масса спирта 0,1 кг?

4. 3 кг воды, находившейся при температуре 200С, вскипятили в алюминиевом чайнике массой 1 кг. Удельная теплоёмкость воды - 4200 Дж/(кгЧ°C), удельная теплоёмкость алюминия - 920 Дж/(кгЧ°C). Необходимо: определить количество теплоты, затраченное при этом процессе.