Значення викладання фізики у шкільництві. Маса газу стала Тема: Внутрішня енергія

Цілі уроку:

Освітні:

1. Ввести поняття внутрішньої енергії,
2. Розкрити наукове світоглядне значення внутрішньої енергії тіла як суми кінетичної енергії рух молекул та потенційної енергії їхньої взаємодії.
3. Познайомити учнів із двома способами зміни внутрішньої енергії,
4. Вчитися вирішувати якісні завдання,

Розвиваючі:

Розвивати:

1. Уміння застосовувати знання теорії на практиці
2. Спостережливість та самостійність
3. Мислення учнів за допомогою логічних навчальних дій

Виховні:

Продовжити формування уявлення про єдність та взаємозв'язок явищ природи

План уроку:

1. Молекулярно-кінетичне трактування поняття внутрішньої енергії тіла.
2. Виведення формули внутрішньої енергії ідеального газу
3. Способи зміни внутрішньої та підвищення роботи

Формулювати гіпотези та робити висновки, вирішувати якісні завдання

Тип уроку:

Вивчення нового матеріалу.

Форма уроку: комбінований.

Комплексно-методичне забезпечення, проектор мультимедійний, комп'ютер, екран.

Методи навчання.

1. Словесні.
2. Наочні.
3. Практичні.

Хід уроку

Тема: Внутрішня енергія

1. Організаційний момент.

2. Вивчення нового матеріалу.

Внутрішня енергія. Внутрішня енергія бездоганного газу.

З 8-го класу нам відомо, що внутрішня енергія – це енергія руху та взаємодії частинок (молекул), з яких складається тіло.

При цьому ми виключаємо з розгляду механічну енергію тіла як єдиного цілого (вважаємо, що тіло нерухоме в даній системі відліку та потенційна енергія його взаємодії з іншими тілами дорівнює 0).

Отже, нас цікавить лише енергія хаотичного руху молекул та його взаємодія друг з одним. Внутрішня енергія – це функція стану тіла, тобто. залежить від температури та інших параметрів системи.

Внутрішня енергія позначається – U.

Внутрішня енергія бездоганного газу.

Спробуємо вирахувати внутрішню енергію ідеального газу. Ідеальний газ - це модель дуже розрядженого газу в якому можна знехтувати взаємодією молекул, тобто. внутрішня енергія ідеального газу складається тільки з кінетичної енергії руху молекул, яку легко вирахувати через середню кінетичну енергію руху:

Середня кінетична енергія руху молекул нам відома:

Ця формула вірна лише одноатомного газу.

Якщо молекули газу двоатомні (молекула схожа на гантельку), то формула буде іншою:

Чому енергія стала більшою - пояснюється легко, якщо справа в тому, що двоатомна молекула може не тільки рухатися поступально, але ще й обертатися. Обертання, виявляється, дає також внесок у середню кінетичну енергію молекули.

Як врахувати внесок у енергію обертання молекул?

Виявляється, можна довести теорему про рівнорозподіл енергії за ступенями свободи, в якій стверджується, що на кожний рівень свободи руху молекул у середньому припадає 1/2кТ енергії.

Що таке свободи?

Вид молеукли	Які рухи молекули можливі	кількість ступенів свободи
одноатомний газ	Будь-який рух можна уявити, як суму рухів за трьома незалежними напрямками: x, y, z, обертання ми не враховуємо, так молекулу вважаємо мат. точкою.	3 ступеня свободи
двоатомний газ	У молекули крім поступального руху можливі ще обертання навколо двох осей (будь-яке обертання можна уявити, як суму обертань навколо двох осей). Обертання щодо осі, що проходить вздовж молекули, ми не враховуємо, тому молекули вважаємо мат. точками. Ми вважаємо, що коливання атомів у молекулі не виникають.	3+2=5 ступенів свободи
У молекулі газу три та більше атомів.	Є поступальний рух (3 ступені свободи) і можливі обертання навколо трьох осей (ще 3 ступені свободи). Коливань атомів немає.	3+3=6 ступенів волі.

3. Вирішення якісних завдань

Вирішення якісних завдань (контроль)

1. Молекулярний кисень знаходиться під тиском 805 Па в посудині об'ємом 0,8 м3.

При ізохорному охолодженні внутрішня енергія газу зменшиться на 100 кДж.

Чому дорівнює кінцевий тиск кисню.

О2
Р1 = 105 Па
V = const
V = 0,8 м3
U = -100Дж
Р2 -?

Тиск впав, Р2 = Р1 – Р
i = 5 – число ступенів свободи
U1 = 5/2 (p1V); U2 = 5/2 (p2V)
U = U1 - U2 = 5/2 (V?p) =>
p = 2U/5V
p2= p1- (2U/5V)
p2 = 105 Па - (2 105Дж/5 0,8 м3) = 105 Па - 0,5 105 Па = 0,5 105 Па = 5104 Па

Відповідь: p2 = 5104 Па.

2. Визначте, який тиск повітря встановиться у двох кімнатах, що мають об'єм V 1 і V2 якщо між ними відчиняються двері.

U = 1,25х106Дж.

Вирішуючи завдання застосування рівняння Клапейрона - Менделєєва, слід забувати, що це рівняння визначає стан ідеального газу. Крім цього треба пам'ятати, що всі фізичні величини, що застосовуються в цьому розділі, мають статистичний характер. Корисно, приступаючи до вирішення завдань, намалювати ескізний графік процесу, з відповідними змінними по координатних осях.

Основні закони та формули

Кількість речовини	або
Рівняння Клапейрона-Менделєєва (Рівняння стану ідеального газу)
Закон Дальтона
Концентрація молекул
Рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
Середня кінетична енергія однієї молекули ідеального газу (внутрішня енергія)
Внутрішня енергія маси ідеального газу
Рівняння Майєра
Теплоємність молярна та її зв'язок з питомою
Перший початок термодинаміки
Робота розширення газів у процесах:
адіабатному
ізотермічному
ізобарном
Рівняння Пуассона, що сполучає параметри газу в адіабатному процесі	;
Зміна ентропії
Термічний к.п.д. циклу Карно

Приклади розв'язання задач

Приклад 4.Кисень масою 320г. Нагрівають при постійному тиску від 300Kдо 310К.Визначити кількість теплоти, поглинену газом, зміну внутрішньої енергії та роботу розширення газу.

Дано: m=320г=0,32кг; T1 = 300 K; T 2 =310 K

Знайти: Q, ΔU, A

Рішення: Кількість теплоти, необхідне нагрівання газу при постійному тиску визначимо, використовуючи I початок термодинаміки:

підставляючи числові значення та врахувавши, що , отримаємо

Робота розширення газу при ізобарному процесі:

(5)

і тоді віднімаючи почленно (5) з (4), отримаємо:

і підставляючи (3), знаходимо:

Перевірка: Q= Δ U+A; 2910Дж= (2080 +830) Дж

Відповідь: Q = 2910Дж; Δ U = 2080Дж; A = 830Дж

Приклад 5. Знайти середню кінетичну енергію обертального руху однієї молекули кисню за температури T = 350K, а також кінетичну енергію обертального руху всіх молекул кисню масою 4г.

Дано: T = 350К; m = 4г = 4 · 10 -3 кг; M = 32кг/кмоль

Знайти:á ε врñ 0; E квр

Рішення:На кожний рівень свободи молекули газу припадає однакова середня енергія , де k- Постійна Больцмана; T- Абсолютна температура газу. Оскільки обертальний рух двоатомної молекули O 2відповідає два ступеня свободи, то середня енергія обертального руху молекули кисню буде

де N A-число Авогадро; ν = m/M- кількість речовини.

Підставивши це в (3), отримаємо N = N A · m/M.

Тепер підставимо це (2):

E квр = N·á ε врñ 0 = N A · (m/M) ·á ε врñ 0 .

Підставимо чисельні значення, отримаємо:

E квр = 6,02 · 10 -23 моль -1 · 4,83 · 10 -21 Дж · 4 · 10 -3 кг / (32 · 10 -3 кг / моль) = 364Дж.

Відповідь:á ε врñ 0 = 4,83 · 10 -21 Дж; E квр =364Дж

Приклад 6.Як зміниться ентропія 2гводню, що займає обсяг 40лпри температурі 270Кякщо тиск збільшити вдвічі при постійній температурі, а потім підвищити температуру до 320Кпри постійному обсязі.

Дано: m = 2г = 2 · 10 -3 кг; М=2кг/кмоль; V = 40л = 4 · 10 -2 м 3 .

T1=270K; T 2 =320K; P 2 = 2P 1

Знайти: Δ S

Рішення:Зміна ентропії визначається формулою:

де dQ- кількість теплоти, отримане у цьому процесі.

Зміна ентропії згідно з умовою відбувається за рахунок двох процесів:

1) ізотермічного та 2) ізохорного. Тоді:

Кількість теплоти dQ 1і dQ 2знайдемо з 1 початку термодинаміки для цих процесів:

1) dQ 1 =PdV(Т.к. dT=0для T=const)

P знайдемо з рівняння Клапейрона-Менделєєва:

Тоді і

т.к. при T=const, P 1 V 1 =P 2 V 2

2) (Т.к. dV=0і dA=0при V=const)

і

;

Підставляючи чисельні значення, отримаємо:

Відповідь: Δ S = -2,27 Дж/К

Завдання для самостійного вирішення

51. У балоні ємністю 10лстиснене повітря при температурі 27°C. Після того, як частина повітря випустили, тиск знизився на 2·10 5 Па. Визначити масу випущеного повітря. Процес вважати ізотермічним.

52. Який обсяг займає за нормальних умов суміш 4кггелію та 4кгазоту?

53. У посудині, що має форму кулі, радіус якої 0,2м, перебувати 80газоту. До якої температури можна нагріти посудину, якщо його стінки витримують тиск 7·10 5 Па.

54. При температурі 27°C та тиску 12·10 5 Пащільність суміші водню та азоту 10 г/дм 3. Визначити молярну масу суміші.

55. У балоні ємністю 5лперебувати 2кгводню та 1кгкисню. Визначити тиск суміші, якщо температура довкілля 7°C.

56. Тиск ідеального газу 2МПаконцентрація молекул 2·10 3 см -3. Визначити середню кінетичну енергію поступального руху однієї молекули та температуру газу.

57. Визначити середню кінетичну енергію обертального руху однієї молекули двоатомного газу, якщо сумарна кінетична енергія молекул 1кмоліцього газу 6,02Дж.

58. Знайти середню кінетичну енергію обертального руху всіх молекул, що містяться в 0,25гводню за температури 27°C.

59. Визначити концентрацію молекул ідеального газу за температури 350Кта тиск 1,0 МПа.

60. Визначити температуру ідеального газу, якщо середня кінетична енергія поступального руху його молекул 2,8 · 10 -19 Дж.

61. Знайти збільшення внутрішньої енергії та роботу розширення 30гводню при постійному тиску, якщо його обсяг збільшився вп'ятеро. Початкова температура 270К.

62. Азот масою 1кг, що знаходиться при температурі 300Кстискають: а) ізотермічно; б) адіабатно, збільшуючи тиск удесятеро. Визначити роботу, витрачену на стиснення обох випадках. Яку кількість теплоти потрібно повідомити 1молькисню, щоб він здійснив роботу 10Дж: а) при ізотермічному процесі; б) при ізобарному?

63. Визначити, скільки теплоти необхідно повідомити вуглекислому газу масою 440г, щоб нагріти його на 10К: а) ізохорно; б) ізобарно.

64. При нагріванні 0,5 кмазоту було передано 1000Джтеплоти. Визначити роботу розширення за постійного тиску.

65. Газ, що займає обсяг 10лпід тиском 0,5 МПа, був ізобарно нагрітий від 323Kдо 473К. Знайти роботу з розширення газу.

66. Газ, що займає обсяг 12лпід тиском 0,2 МПа. Визначити роботу, здійснену газом, якщо він ізобарно нагрівається від 300Kдо 348К.

67. Знайти роботу та зміну внутрішньої енергії при адіабатному розширенні 0,5 кгповітря, якщо його обсяг збільшиться у п'ять разів. Початкова температура 17°С.

68. Визначити кількість теплоти, повідомлену 14газоту, якщо він був ізобарично нагрітий від 37°Сдо 187°С.. Яку роботу він здійснить і як зміниться його внутрішня енергія?

69. У скільки разів збільшиться обсяг 2мольводню при ізотермічному розширенні за температури 27°Сякщо при цьому була витрачена теплота 8кДж.

70. Визначити молярну масу газу, якщо при ізохорному нагріванні на 10°С 20ггазу буде потрібно 680Джтеплоти, а при ізобарному 1050Дж.

71. Чому дорівнює зміна ентропії 10гповітря при ізохорному нагріванні від 250Kдо 800К?

72. При ізобарному розширенні водню масою 20гйого обсяг збільшився втричі. Визначити зміну ентропії водню у процесі.

73. При ізохорному нагріванні 480гкисню тиск збільшився в 5 разів. Знайти зміну ентропії у цьому процесі.

74. Обсяг гелію, масою 1кг, збільшився в 4 рази: а) ізотермічно; б) адіабатно. Яка зміна ентропії у цих процесах?

75. Знайти зміну ентропії при нагріванні 1кгводи від 0°Сдо 100°Сі подальшому перетворенні її на пару, за тієї ж температурі.

76. Як зміниться ентропія при ізотермічному розширенні 0,1 кгкисню, якщо при цьому обсяг зміниться від 5лдо 10л?

77. Визначити зміни ентропії при ізобарному нагріванні 0,1 кгазоту від 17 °Сдо 97°С .

78. Лід, що знаходиться при температурі -30°С,перетворюється на пару. Визначити зміни ентропії у цьому процесі.

79. Чому дорівнює зміна ентропії 10гповітря при ізобарному розширенні від 3лдо 8л.

1. Чому дорівнює зміна ентропії 20гповітря при ізобарному охолодженні від 300Kдо 250К?

Якісні завдання

81. Обсяг газу зменшили в 3 рази, а температуру збільшили в 2 рази. У скільки разів збільшився тиск газу? Газ вважати ідеальним.

82. Стисну пружину розчинили в кислоті. На що пішла потенційна енергія пружної деформації пружини?

83. Пропонуємо два варіанти пояснення підйомної сили повітряної кулі, наповненої воднем. Відповідно до першого – підйомна сила – сила Архімеда. Відповідно до другого - підйомна сила виникає через різницю в тиску на верхню та нижню частини кулі. Чим відрізняються ці пояснення?

84. Поясніть, чому ізотермічне розширення газу можливе лише за умови підведення до нього кількості теплоти?

85. Чи існує процес, коли все передане робочому тілу від нагрівача тепло перетворюється на корисну роботу?

86. Чи можна всю внутрішню енергію газу перетворити на механічну роботу?

87. Чому ККД двигуна внутрішнього згоряння різко знижується при вибуховому згоранні горючої суміші?

88. Як зміниться температура в приміщенні, якщо дверцята холодильника залишити відкритою?

89. При нагріванні двоатомного газу його теплоємність в області високих температур має різке зростання з наступним спадом. Аналогічна залежність спостерігається у багатоатомних газів. Чим це пояснити?

90. Деякий газ переходить зі стану I в II спочатку по ізохор, а потім по ізобарі. В іншому випадку спочатку по ізобарі, потім по ізохор. Чи буде в обох випадках виконано однакову роботу?

91. Чому нагрівається насос під час накачування шини колеса автомобіля?

92. Чому метал і дерево однієї і тієї ж температури на дотик здаються неоднаково нагрітими?

93. Чи можна закип'ятити воду у паперовому стаканчику?

94. Чому краплі води на розпеченій плиті "живуть" довше, ніж просто гарячої?

95. Чому перед закипанням вода у чайнику "шумить"?

96. Чому вода у посудині з кришкою закипає швидше, ніж без кришки?

97. Чи може повітряна куля в атмосфері Землі піднятися на необмежену висоту?

98. Шматок льоду плаває у наповненій до країв посудині з водою. Чи переллється вода через край, якщо крига розтане?

99. Чому дерев'яний олівець плаває у воді горизонтально? Поясніть, чому він плаватиме вертикально, якщо до одного з його кінців прикріпити вантаж?

100. Однакові свинцеві кульки опускають у рівні за обсягом судини з водою. В одній посудині температура води 5°С, а в іншому - 50°С.У якій посудині кулька швидше досягне дна?

Контрольні питання

21. Що таке атом, молекула, іон?

22. Що називають термодинамічною системою?

23. Що таке параметри стану?

24. Який стан термодинамічної системи називають рівноважним, нерівноважним?

25. Що таке ідеальний газ?

26. Що характеризує рівняння стану?

27. Дайте визначення закону розподілу Максвелла.

28. У чому полягає закон розподілу Больцмана?

29. Що характеризує найімовірніша швидкість?

30. Чому дорівнює середня арифметична швидкість?

31. Що таке тепло?

32. Дайте визначення першого початку термодинаміки.

33. Які знаєте ізопроцеси?

34. Що таке ізотермічний процес?

35. Як обчислити роботу газу ізохоричного та ізобаричного процесів?

36. Дайте визначення адіабатичного процесу.

37. Які фізичні параметри пов'язують рівняння Майєра?

38. Що таке теплоємність тіла, питома та молярна теплоємності?

39. Про що говорить другий початок термодинаміки?

40. Як підвищити ККД теплової машини?

9.5 Теплоємність

1) У приміщенні розміром 6 * 5 * 3 м температура повітря 27 0 С при тиску 101 кПа. Знайти, яку кількість теплоти потрібно відвести від цього повітря, щоб знизити його температуру до 17 0 С при тому тиску.

Середня питома теплоємність повітря 1,004 кДж/(кг К). Масу повітря у приміщенні прийняти постійною. Відповідь: 1,06 МДж.

2) Від азоту, що міститься в балоні, відводиться 17000 кДж теплоти. У цьому температура його знижується від 800 до 200 0 З. Знайти масу азоту, що у балоні. Відповідь: 34,6 кг.

3) У трубчастому повітронагрівачі повітря нагрівається при постійному тиску від 10 до 90 0 С. Знайти масову витрату повітря, що проходить через повітронагрівач, якщо йому повідомляється 210 МДж/год теплоти.

Відповідь: 2610 кг/год.

4) Знайти кількість теплоти, необхідне нагрівання при постійному обсязі 10 кг азоту від 200 0 З до 800 0 З. Відповідь: 4,91 МДж.

5) Знайти середню ізобарну та ізохорну молярні теплоємності продуктів згоряння палива при охолодженні їх від 1100 до 300 0 С. Молярні частки компонентів цих продуктів згоряння такі: ; ; ; .

Відповідь: Дж/(моль К); Дж/(моль К).

6) Знайти середню питому теплоємність кисню при постійному тиску при підвищенні температури від 600°С до 2000°С.

Відповідь: 1,1476 кДж/(кг К).

7) Знайти середню молярну ізобарну теплоємність вуглекислого газу при підвищенні температури від 200 0 С до 1000 0 С.

Відповідь: 52,89 кДж/моль.

8) Повітря, що міститься в балоні місткістю 12,5 м 3 при температурі 20 0 З тиску 1 МПа підігрівається до температури 180 0 С. Знайти підведену теплоту. Відповідь: 17,0 МДж.

9) Знайти середні питомі ізохорну та ізобарну теплоємності кисню в інтервалі температур 1200...1800 0 С.

Відповідь: 0,90 кДж/(кг К); 1,16 кДж/(кг К).

10) Знайти середню молярну ізохорну теплоємність кисню при нагріванні його від 0 до 1000 0 С. Відповідь: 25,3 кДж/(кг К).

11) Температура суміші, що складається з азоту масою 3 кг та кисню масою 2 кг у результаті підведення до неї теплоти при постійному обсязі підвищується від 100 до 1100 0 С. Визначити кількість підведеної теплоти. Відповідь: 4,1 МДж.

12) Склад продуктів згоряння бензину в циліндрі двигуна на молях наступний: =71,25; =21,5; =488,3; =72,5. Температура цих газів 800 0 С, навколишнього середовища 0 0 С. Визначити частку теплових втрат з газами, що йдуть, якщо теплота згоряння бензину 43950 кДж/кг.

13) Газова суміш складається з 2 кг вуглекислого газу, 1 кг азоту, 0,5 кг кисню. Знайти середню молярну ізобарну теплоємність суміші в інтервалі температур 200...800 0 С. Відповідь: 42,86 Дж/(моль·К).

14) Знайти середні ізобарну та ізотермну молярні теплоємності продуктів згоряння палива при охолодженні їх від 1100 до 300 0 С. Молярні частки компонентів цих продуктів згоряння такі: =0,09; =0,083; =0,069; =0,758. Відповідь: 32,3 Дж/(моль К); 27,0 Дж/(моль К).

15) Склад відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння на молях наступний: =74,8; =68; =119; =853. Знайти кількість теплоти, яка виділяється цими газами при зниженні їх температури від 380 до 20 0 С.

9.6 Термодинамічні процеси газів

1) Яку кількість теплоти потрібно повідомляти вуглекислому газу, що міститься в балоні місткістю 0,8 м 3 для підвищення тиску від 0,1 до 0,5 МПа, приймаючи =838 Дж/(кг·К). Відповідь: 1,42 МДж.

2) До повітря в балоні місткістю 100 л при тиску 0,3 МПа та температурі 15 0 З підводиться теплота в кількості 148,8 кДж. Знайти кінцеву температуру та тиск повітря в балоні, якщо питома теплоємність =752 Дж/(кг·К). Відповідь: 560 0 З; 0,87 МПа.

3) Повітря за початкових умов V 1 =0,05 м 3 , Т 1 =850 К і p=3 МПа розширюється при постійному тиску обсягу V 2 =0,1 м 3 . Знайти кінцеву температуру, підведену теплоту зміни внутрішньої енергії та роботу зміни обсягу. Відповідь: 1700 К; 619 кДж; 150 кДж; 469 кДж.

Побудуйте графіки процесу

Побудуйте графіки процесу, що відбувається з ідеальним газом, координатах p, T і V, T. Маса газу постійна.

Побудуйте графіки процесу, що відбувається з ідеальним газом, координатах p, T і p, V. Маса газу постійна.

Побудуйте графіки процесу, що відбувається з ідеальним газом, координатах V, T і p, V. Маса газу постійна.

Побудуйте графіки процесу

Побудуйте графіки процесу, що відбувається з ідеальним газом, координатах p, V і p, T. Маса газу постійна.

Побудуйте графіки процесу
Побудуйте графіки процесу, що відбувається з ідеальним газом, координатах p, T і V, Т. Маса газу постійна.

Побудуйте графіки процесу, що відбувається з ідеальним газом, координатах p, V і T, V. Маса газу постійна.

Побудуйте графіки процесу, що відбувається з ідеальним газом, координатах p, T і V, Т. Маса газу постійна.

Визначте температуру ідеального газу у стані 2, якщо стани 2 та 4 лежать на одній ізотермі. Температури Т1 та Т3 у станах 1 та 3 відомі.

[µ §]
Ідеальний газ послідовно переводився зі стану 1 з температурою Т1 у стан 2 з температурою Т2, а потім у стан 3 з температурою Т3 і повертався у стан 1. Знайти температуру Т3, якщо процеси зміни стану відбувалися так як це показано на малюнку, а Т1 і Т2 відомі.

Моль ідеального газу бере участь у тепловому процесі 1 ЕC 2 ЕC 3 ЕC 4 ЕC 1, зображеному в p-V координатах. Продовження відрізків прямих 1 ЕС 2 і 3 ЕС 4 проходять через початок координат, а криві 1 ЕС 4 і 2 ЕС 3 є ізотермами. Зобразіть цей процес у V-T координатах та знайдіть обсяг V3, якщо відомі обсяги V1 та V2 = V4.

[µ §]
Один міль ідеального газу, переводять із стану 1 у стан 2. Визначте максимальну температуру Тmax газу під час цього процесу.

20 г гелію, укладених у циліндрі під поршнем, нескінченно повільно переводяться зі стану з об'ємом 32 л і тиском 4·105 Па стан з об'ємом 9 л і тиском 15,5·105 Па. Якої найбільшої температури досягає газ при цьому процесіякщо на графіку залежності тиску газу від об'єму процесу зображається прямою лінією?

[µ §]
Зміна стояння ідеального газу постійної маси зображено малюнку. У точці 1 температура газу T0. Визначити температуру газу у точках 2, 3, 4.

[Т2 = 3Т0; Т3 = 6Т0; Т4 = 2Т0]
На p-V діаграмі зображений графік процесу розширення газу, при якому газ переходить зі стану 1 з тиском р0 і обсягом V0 стан 2 з тиском р0/2 і обсягом 2V0. зобразіть відповідний графік процесу на p-T та V-T діаграмах.

2. Основи термодинаміки
а) внутрішня енергія одноатомного газу

µ § U ЕC внутрішня енергія (Дж)

Б) робота у термодинаміці

µ § А ЕC робота (Дж)

µ§ µ§ - зміна обсягу

µ§ - зміна температури

В) перший закон термодинаміки

µ § DU ЕC зміна внутрішньої енергії

µ § Q ЕC кількість теплоти

µ§ - робота зовнішніх сил над газом

µ§ - робота газу проти зовнішніх сил

Г) ККД теплового двигуна

µ § з ЕC коефіцієнт корисної дії (ККД)

А ЕC робота, що здійснюється двигуном

Q1 ЕC кількість теплоти, отриманий від нагрівача

µ § Q2 ЕC кількість теплоти, передане холодильнику

µ § Т1 ЕC температура нагрівача

Т2 ЕC температура холодильника

Д) кількість теплоти

µ § Q ЕC кількість теплоти (Дж)

µ § Рівняння теплового балансу

Q1 ЕC кількість теплоти, що віддається більш нагрітим тілом;

Q2 ЕC кількість теплоти, що отримується більш холодним тілом.

Який об'єм займає одноатомний ідеальний газ, якщо за нормального атмосферного тиску його внутрішня енергія дорівнює 600 Дж?

Знайдіть концентрацію молекул ідеального газу в посудині місткістю 2 л при температурі 27 оС, якщо внутрішня енергія дорівнює 300 Дж.

Яка маса водню перебувати під поршнем у циліндричній посудиніякщо при нагріванні його від 250 до 680 К при постійному тиску на поршень газ зробив роботу, рівну 400 Дж?

При ізохорному охолодженні внутрішня енергія зменшилася на 350 Дж. Яку роботу здійснив у своїй газ? Яка кількість теплоти була передана газом оточуючим тілам?

Яку роботу здійснив одноатомний ідеальний газ і як змінилася його внутрішня енергія при ізобарному нагріванні газу в кількості 2 моль на 50 К? Яку кількість теплоти отримав газ у процесі теплообміну?

При ізобарному охолодженні на 100 К внутрішня енергія одноатомного ідеального газу зменшилася на 1662 кДж. Яку роботу здійснив при цьому газ і скільки теплоти було їм передано оточуючим тілам?

[-1108 кДж; -2770 Дж]
При адіабатному стисканні газу було виконано роботу 200 Дж. Як і наскільки змінилася при цьому внутрішня енергія газу?

При адіабатному процесі газом було виконано роботу 150 Дж. Як і наскільки змінилася його внутрішня енергія?

[-150 Дж]
Яку роботу здійснить кисень масою 320 г при ізобарному нагріванні 10 К?

Обчисліть збільшення внутрішньої енергії водню масою 2 кг за підвищення його температури на 10 К: 1) изохорно; 2) ізобарно.

Об'єм кисню масою 160 г, температура якого 27 оС, при ізобарному нагріванні збільшився вдвічі. Знайдіть роботу газу при розширенні, кількість теплоти, яка пішла на нагрівання кисню, зміна внутрішньої енергії.

Для ізобарного нагрівання газу в кількості 800 моль на 500 К йому повідомили кількість теплоти 9,4 МДж. Визначте роботу газу та збільшення його внутрішньої енергії.

У балоні місткістю 1 л перебувати кисень під тиск 107 Па і за нормальної температури 300 К. До газу підводять кількість теплоти 8,35 кДж. Визначте температуру та тиск газу після нагрівання.

При підведенні до ідеального газу кількості теплоти 125 кДж газ здійснює роботу 50 кДж проти зовнішніх сил. Чому дорівнює кінцева внутрішня енергія газу, якщо його енергія до підведення кількості теплоти дорівнювала 220 кДж?

Кисень масою 32 г перебуває у закритому посудині під тиском 0,1 МПа за нормальної температури 17 0С. Після нагрівання тиск у посудині збільшився у 2 рази. Знайдіть: 1) обсяг судини; 2) температуру, до якої нагріли газ; 3) кількість теплоти, повідомлена газу.

Яка кількість теплоти потрібна для ізобарного збільшення об'єму молекулярного азоту масою 14 г, що має до нагрівання температуру 27 0С, у 2 рази?

При адіабатному розширенні повітря була виконана робота 500 Дж. Чому дорівнює зміна внутрішньої енергії повітря?

[-500 Дж]
При адіабатному стиску повітря 8 моль гелію в циліндрі компресора була виконана робота 1 кДж. Визначте зміну температури газу.

При адіабатному розширенні 64 г кисню О2, що за нормальних умов, температура газу збільшилася вдвічі. Знайдіть: зміну внутрішньої енергії; роботу розширення газу.

[-11,3 кДж; 11,3 кДж]
Температура азоту масою 1,4 кг у результаті адіабатного розширення впала на 20 °С. Яку роботу здійснив газ під час розширення?

Молекулярний кисень займає об'єм 2 м3 за нормальних умов. При стисканні газу без теплообміну з навколишнім середовищем відбувається робота 50,5 кДж. Чому дорівнює кінцева температура кисню?

[Т1(1+ 2А /5р1V1) = 300,3 К]

Повітря масою 87 кг нагрівається від 10°С до 30°С. Визначте зміну внутрішньої енергії повітря. Молярну масу повітря слід прийняти рівною 2,910 -2 кг/моль, а повітря вважати двоатомним (ідеальним) газом.

Знайдіть зміну внутрішньої енергії гелію за ізобарного розширення газу від початкового об'єму 10 л до кінцевого 15 л. Тиск газу 104 Па.

Молекулярний кисень перебуває під тиском 105 Па в посудині об'ємом 0,8 м 3 . При ізохорному охолодженні внутрішня енергія газу зменшується на 100 кДж. Чому дорівнює кінцевий тиск кисню?

При стику двох космічних кораблів їх відсіки з'єднуються між собою. Обсяг першого відсіку 12 м 3 , другого ЕС 20 м 3. Тиск і температура повітря у відсіках відповідно дорівнюють 0,98105 Па та 1,02105 Па, 17 oC та 27 oC. Який тиск повітря встановиться в об'єднаному модулі? Якою буде температура повітря у ньому?

Якою є внутрішня енергія 10 моль одноатомного газу при 27 °С?

На скільки змінюється внутрішня енергія гелію масою 200 г зі збільшенням температури на 20 °С?

[на 12,5 кДж]
Якою є внутрішня енергія гелію, що заповнює аеростат об'ємом 60 м3 при тиску 100 кПа?

Два моляться ідеального газу стискаються ізотермічно при температурі 300 К до половини початкового об'єму. Яка робота здійснюється газом? Зобразіть процес, що якісно розглядається, на діаграмі р, V.

[-3,46 кДж]
У певному процесі газ здійснив роботу, рівну 5 МДж, яке внутрішня енергія зменшилася на 2 МДж. Яку кількість теплоти передано газу в цьому процесі?

При передачі газу кількості теплоти 300 Дж його внутрішня енергія зменшилася на 100 Дж. Яку роботу здійснив газ?

0 молей одноатомного ідеального газу нагріли на 50 °С. Процес ізобаричний. Яку кількість теплоти отримав газ?

Одноатомний ідеальний газ отримав від нагрівача 2 кДж теплової енергії. Наскільки змінилася його внутрішня енергія? Процес ізобаричний.

[на 1200 Дж]
Газу передано 200 Дж теплоти і у своїй газ зробив роботу 200 Дж проти зовнішніх сил. Яка зміна Внутрішньої енергії газу?

[на 50 кДж]
На скільки змінилася внутрішня енергія газу, який робив 100 кДж, отримавши кількість теплоти 135 кДж?

[на 35 кДж]

Над газом було здійснено роботу на 25 кДж. Отримав чи віддав тепло газ у цьому процесі? Яка кількість теплоти?

[-50 кДж]
Азот масою 280 г був нагрітий при постійному тиску на 1000 С. Визначити роботу розширення.

Визначити роботу розширення 20 л газу при ізобарному нагріванні від 300 К до 393 К. Тиск газу 80 кПа.

При ізобарному нагріванні на 159 К газом, маса якого 3,47 кг, була виконана робота 144 до Дж. Знайти молярну масу газу? Що це за газ?

У циліндрі під поршнем знаходиться кисень. Визначити його масуякщо відомо, що робота, що здійснюється при нагріванні кисню від 273 До 473 К, дорівнює 16 кДж. Тертям знехтувати.

На скільки змінилася внутрішня енергія газу, якщо йому повідомили кількість теплоти 20 кДж та здійснили над ним роботу 30 кДж?

[на 50 кДж]
Над газом було здійснено роботу 75 кДж, у своїй його внутрішня енергія збільшилася на 25 кДж. Отримав чи віддав тепло газ у цьому процесі? Яка кількість теплоти?

Яку кількість теплоти потрібно передати газу, щоб його внутрішня енергія збільшилася на 45 кДж і при цьому працював 65 кДж.

Для ізобарного нагрівання газу з кількістю речовини 800 моль на 500 К йому повідомили кількість теплоти 9,4 МДж. Визначити роботу газу та збільшення його внутрішньої енергії.

У циліндрі під поршнем 1,25 кг повітря. Для його нагрівання на 40 °С при постійному тиску було витрачено 5 кДж теплоти. Визначте зміну внутрішньої енергії повітря (М = 0,029 кг/моль).

Яку роботу здійснить газ, розширюючись при постійному тиску 3 атм. від об'єму 3 л до об'єму 18 л? Яку роботу здійснять 6 кг повітря, розширюючись при ізобаричному нагріванні від 5 до 150 С?

Повітряна кулька при постійному тиску 1,2 105 Па надули від об'єму 1 л до об'єму 3л. Яка при цьому була виконана робота?

При адіабатичному стисканні 5 г гелію відбувається робота 249,3 Дж. Якою стала температура гелію, якщо початкова температура була 293 К? Молярна маса гелію 4·10 ЕC3кг/моль.

Поршень з вантажем, маса яких 50 кг, а площа основи 0,01 м2 знаходиться в циліндрі, газ в якому нагрівають. Поршень повільно піднімається і обсяг газу зростає на 2 л. Розрахувати роботу, яку виконує газ.

Для ізобарного нагрівання 800 молей газу на 500 К йому повідомив кількість теплоти 9,4 МДж. Визначте зміну внутрішньої енергії газу.

На нагрівання газу, що супроводжувалося його розширенням при постійному тиску 3 104 Па, витрачена енергія 60 Дж. Об'єм газу при нагріванні збільшився на 1,5 л. Як змінилася внутрішня енергія газу?

Один моль ідеального газу ізохорично перевели зі стану 1 стан 2, при цьому тиск зменшилося в 1,5 рази. Потім газ ізобарично нагріли до первісної температури 300 К. Яку роботу здійснив газ у результаті скоєних переходів?

Один моль ідеального газу здійснює замкнутий процес, що складається з двох ізохор та двох ізобар. Температура у точці 1 дорівнює Т1, у точці 3 ЕC Т3. Визначити роботу, яку виконує газ за цикл, якщо точки 2 і 4 лежать на одній ізотермі.

Один моль ідеального газу знаходиться у циліндрі під поршні при температурі Т1. Газ за постійного тиску нагрівають до температури Т3. Далі газ охолоджують при постійному тиску так, що його зменшується обсяг до початкового значення. Зрештою, при постійному обсязі газ повертають у початковий стан. Яку роботу здійснив газ у цьому процесі?

На малюнку зображено два замкнуті процеси, що відбуваються з ідеальним газом: 1 ЕС 2 ЕС 3 ЕС 1 і 3 ЕС 2 ЕС 4 ЕС 3. У якому з них газ виконує роботу?

[в процесі 3 ЕС 2 ЕС 4 - 3]
Маса m ідеального газу, що знаходиться при температурі, охолоджується ізохорично так, що тиск падає в n разів. Потім газ розширюється за постійного тиску. У кінцевому стані його температура дорівнює початковій. Визначити виконану газом роботу. Молярна вага газу М.

[µ §]
Чотири молячи ідеального газу здійснюють процес, зображений на малюнку. На якій ділянці робота газу є максимальною? Чому дорівнює ця робота?

Один моль ідеального газу здійснює процес, зображений малюнку. Знайти роботу газу за цикл.

Визначити температуру води, яка встановилася після змішування 39 л води при 20„aС та 21 л води при 60„aС.

Скільки літрів води при 95„aС потрібно додати до 30 л води при 25„aС, щоб отримати воду з температурою 67„aС?

У посудину, що містить 2,35 кг води при 20„aС, відпускають шматок олова, нагрітого до 507 К; температура води у посудині підвищилася на 15 К. Обчислити масу олова. Випаровування води знехтувати.

Сталеве свердло масою 0,090 кг, нагріте при загартуванні до 840„aС, опущене в посудину, що містить машинне масло при 20„aС. Яке кількість олії слід взятищоб його кінцева температура не перевищила 70„aС?