Контрольные вопросы

1. Какие существуют процессы передачи тепла?

2. Чем они отличаются и что в них общего?

3. Какие физические величины характеризуют процесс теплопроводности?

4. Где применяются материалы с большими и малыми коэффициентами теплопроводности?

5. Каким процессом тепло от Солнца поступает на Землю?

6. Опишите, какая последовательность процессов теплопередачи переносит в Вашу комнату тепло, выделяемое сгорающим топливом в котельной, по системе центрального отопления.

Список демонстраций

Демонстрация № 1

Различие между идеальным и реальным газом

Демонстрация № 2

Насыщенный водяной пар

Демонстрация № 3

Теплообмен с окружающей средой

Демонстрация № 4

Изотермическая и адиабатическая накачка газа

Демонстрация № 1

Различие между идеальным и реальным газом

В модели реального газа учитывается притяжение молекул на средних расстояниях и отталкивание на очень близких расстояниях. Поэтому, например, изотерма реального газа на P-V диаграмме должна лежать ниже изотермы идеального газа, поскольку притяжение между молекулами, учитываемое в модели реального газа, уменьшает давление газа на стенки сосуда. Это небольшое различие, когда плотность газа мала, становится значительным при изотермическом сжатии газа и приближении к точке конденсации. Начиная с этого момента, изотерма реального газа становится одновременно изобарой. Дальнейшее уменьшение объема системы приводит к конденсации газа в жидкую фазу при постоянных температуре и давлении. Так будет происходить вплоть до полного заполнения сосуда жидкостью.

1. Откройте проект Demo1. На рабочем столе появятся два одинаковых сосуда, в которых содержится по одинаковому количеству молей азота. Для левого сосуда используется модель идеального газа, а для правого - модель газа Ван-дер-Ваальса.

2. Включите проектор для вывода графиков изотерм на экран.

3. Щелкните правой кнопкой мыши на левом сосуде, откроется окно параметров идеального газа.

4. Медленно передвигая движок объема, сжимайте газ и наблюдайте зависимость его давления от объема. Нужно довести объем газа до 10 литров.

5. Щелкните правой кнопкой мыши на правом сосуде, откроется окно параметров реального газа.

6. Медленно передвигая движок объема, сжимайте газ и наблюдайте зависимость его давления от объема. Нужно так же довести объем газа до 10 литров.

На полученных графиках хорошо видны те закономерности, о которых говорилось выше.

Демонстрация № 2

Насыщенный водяной пар

Если сосуд с горячим водяным паром охлаждать, то, начиная с некоторой температуры, пар станет насыщенным, и начнет конденсироваться. Дальнейшее понижение температуры будет сопровождаться резким понижением давления и увеличением количества жидкости. Эта область, для каждого значения температуры, характеризует динамическое равновесие между жидким и газообразным состоянием воды, отражая зависимость давления насыщенного пара от температуры.

1. Откройте проект Demo2. На рабочем столе появится сосуд, объемом 50 литров, в котором содержится 5 молей водяного пара при температуре 500К.

2. Включите проектор для вывода графика зависимости давления от температуры при постоянном объеме.

3. Щелкните правой кнопкой мыши на сосуде, откроется окно параметров газа.

4. Медленно передвигая движок температуры, охлаждайте пар и наблюдайте изменение его давления.

5. Начиная с температуры около 400К, начнется конденсация пара. Дальнейшее охлаждение приводит к резкому падению давления в сосуде с одновременным переходом пара в жидкое состояние. Количество жидкой фазы (в литрах) отображается в окне параметров.

6. Охладите сосуд до предела, когда давление упадет до 20 кПа.

7. Нагревайте газ, передвигая движок температуры вправо. Обратите внимание на уменьшение жидкой фазы и рост давления.

Эту демонстрацию можно сделать и по-другому.

1. Откройте проект Demo2a. На рабочем столе появится сосуд, объемом 50 литров, в котором содержится около 0,16 литров воды вместе с насыщенным водяным паром при температуре 360К. Сосуд будет расположен на нагревателе, мощность которого 1 кВт.

2. Включите проектор для вывода графика зависимости давления от температуры при постоянном объеме.

3. Щелкните правой кнопкой мыши на сосуде, откроется окно параметров газа.

4. Нажмите кнопку "Пуск" и следите за процессом нагрева вещества в сосуде и испарением воды.

5. Нажмите кнопку "Стоп", когда температура достигнет 450К.

6. Можно переключить термоэлемент на охлаждение и провести процесс в обратном порядке.

Демонстрация № 3