Первое начало термодинамики. Диаграмный способ решения задач по физике

  • 03 апр. 2012 г.
  • 1156 Слова
ГУО «Сигневичский УПК ясли-сад-СШ»

Научная работа на тему:
Первое начало термодинамики.
Диаграммный метод решения задач

Выполнили: ученики 11 класса
Галуц Дмитрий Владимирович
Зарецкий Павел Вадимович
Шевченко Кирилл Сергеевич

Научный руководитель:
Карабан А.П.

Сигневичи 2012г.

Содержание
1. Введение
2. Первое начало термодинамики в школьных учебниках
3.Диаграммный метод представления первого начала термодинамики
4. Примеры решения задач
5. Заключение
6. Литература

О сколько нам открытий чудных
Готовят просвещенья дух
И опыт, сын ошибок трудных,
И гений, парадоксов друг,
И случай, бог изобретатель...
А.С. Пушкин
1. Введение
В XVIII веке были изобретены паровые насосы и паровые машины. В начале XIX века появились пароходы и паровозы, началосьстроительство железных дорог. Широкое применение пара выдвигало на передний план исследования тепловых явлений, поиск путей повышения эффективности паровых машин. Возникла и стала быстро развиваться термодинамика. Важнейшим достижением на пути этого процесса было открытие фундаментального закона природы – закона сохранения и превращения энергии. Приобретает глубокий и общий смысл первое началотермодинамики: любая система может обмениваться энергией с окружающей средой двумя способами (по двум каналам) – через теплопередачу и через совершение работы.
2. Первое начало термодинамики в школьных учебниках
В учебниках физики за курс средней школы первое начало термодинамики представлено в следующем виде:
«Количество теплоты, полученное системой, расходуется на увеличение ее внутреннейэнергии и на работу, выполняемую системой против внешних сил.»
Q=∆U+A (1)
где Q – количество теплоты;
ΔU – изменение внутренней энергии;
А – работа системы против внешних сил.
С учетом того, что работа внешних сил А' противоположна работе системы (А' = -А).
Первое начало термодинамики можнозаписать в виде:
∆U=Q+A ' (2)
Изменение внутренней энергии системы равно сумме полученного ею количества теплоты и работы, выполненной над системой внешними силами.
3. Диаграммный метод представления первого закона термодинамики
Используемый в школьных учебниках подход к изложению первого началатермодинамики на наш взгляд приводит к формализму знаний теоретического материала и неумению применить его в конкретной ситуации при решении задач. Диаграммный метод представления первого начала термодинамики позволяет более наглядно и глубоко изложить данный закон и выработать эффективный подход к решению задач по данной тематике
Q=ΔU+A
Q
Система
(газ)
ΔU
A
Q
Система
(газ)
ΔU
A

Если работасовершается над системой:
Q
Система
(газ)
ΔU
A
Q
Система
(газ)
ΔU
A

Q+A=ΔU
или Q=ΔU+A
4. Примеры решения задач
Задача №1
При изотермическом расширении азота массой m = 100 г, имевшего температуру Т = 280 К, его объём увеличился в 3 раза. Найти работу совершённую газом, изменение внутренней энергии и количество теплоты, сообщенное газу.
m = 100 г = 0.1 кг
M = 2.8*103 кг/моль
T = 280 KV1 = V
V2 = 3V
Q
А -?
ΔU - ?
Q - ?
A
Решение
При изотермическом процессе Т = const, ΔT = 0
∆U= 32mMRT=0
Согласно диаграмме:
ГАЗ
m = 100 г = 0.1 кг
M = 2.8*103 кг/моль
T = 280 K
V1 = V
V2 = 3V
Q
А -?
ΔU - ?
Q - ?
A
Решение
При изотермическом процессе Т = const, ΔT = 0
∆U= 32mMRT=0
Согласно диаграмме:
ГАЗ

Работа газа численно равна площади фигуры под графикомзависимости p=f(V), т. Е. площади криволинейной трапеции.
V1 V2 V
P

P1

P2
V1 V2 V
P

P1

P2

A=V1V2pdV=V1V2mRTMVdV= mMRTV1V2dVV=mMRTlnV2V1==0.128*10-3*8.31*280ln3=9*103Дж=9 кДж
Ответ: Q = А = 9 кДж.
Задача №2
В вертикальном цилиндре вместимостью V = 200 см3 под тяжелым поршнем находится газ при температуре Т = 300К. Масса поршня m...
tracking img