22.Внутренняя энергия и способы ее изменения. Работа газа в изопроцессах.
Внутренняя энергия и способы ее изменения
U – внутренняя энергия - это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело. Внутренняя энергия зависит от температуры тела, его агрегатного состояния (газообразное, жидкое, твердое), от химических, атомных и ядерных реакций. Она не зависит ни от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел. U=Ек+Еп
Т.к. у идеального газа отсутствуют силы притяжения молекул, то Еп=0, следовательно U=Ек=3/2*КТ – для одноатомного газа; U=Ек=5/2*КТ – для 2х-атомного; U=Ек=7/2*КТ – для 3х-атомного.
Внутреннюю энергию идеального газа можно выразить через термодинамические параметры: U=3/2*PV
Внутреннюю энергию газа можно изменить двумя способами:
1. Путем теплообмена.
2. Путем совершения работы.
Работа газа в изопроцессах.
А=P*ΔV=[Дж]
1.Изотермический. Т=const , m=const
Уравнение изопроцесса: P*V=const
Формула
работы в изопроцессе: A=
а) изотермическое расширение: V1<V2
б)изотермическое сжатие: V1>V2
2.Изобарический.P=const, m=const
Уравнение
изопроцесса:
Формула работы в изопроцессе: A=P*∆V
При изобарическом расширении: V2 >V1, ∆V=(V2-V1)>0, A>0
При изобарическом сжатии: V2 <V1, ∆V<0, A<0
3.Изохорический.V=const, m=const
Уравнение
изопроцесса: 
Формула работы в изопроцессе:A=p*∆V=0 – газ работу не совершает
23.
Первый закон термодинамики.Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии для тепловых процессов) определяет количественное соотношение между изменением внутренней энергии системы дельта U, количеством теплоты Q, подведенным к ней, и суммарной работой внешних сил A, действующих на систему.Первый закон термодинамики - количество теплоты, подведенное к системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами:Q=∆U+A.Применение первого закона термодинамики к изопроцессам.При изохорном процессе объем газа остается постоянным, поэтому газ не совершает работу. Изменение внутренней энергии газа происходит благодаря теплообмену с окружающими телами:Q=∆U.При изотермическом процессе количество теплоты, переданное газу от нагревателя, полностью расходуется на совершение работы:Q=A
При изобарном процессе кол- во газа подведенное к нему количество теплоты расходуется как на увеличение его внутренней энергии и на совершение работы газом:Q=∆U+A
Адиабатный процесс - термодинамический процесс в теплоизолированной системе. Q=A.Второй закон термодинамики (необратимость процессов в природе).Формулировка: Все процессы в природе необратимы, т.е самопроизвольно протекают только в одном направлении.Обратимым называется процесс, который отвечает следующим условиям:
1. его можно провести в двух противоположных направлениях;
2. в каждом из этих случаев система и окружающие ее тела проходят через одни и те же промежуточные состояния;
3. после проведения прямого и обратного процессов система и окружающие ее тела возвращаются к исходному состоянию.
Необратимым-это процессы самопроизвольно протекающие только в одном направлении.
При изобарном процессе кол- во газа подведенное к нему количество теплоты расходуется как на
24. Принцип действия теплового двигателя. КПД теплового двигателя. Цикл Карно.
ДВС- это машина в которой внутренняя энергия топлива превращается в механическую работу.
--ДВС +ДВС
1.Низкий КПД 1.Топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие
2.Сильный шум электрические аккумуляторы.
3.Токсичные выбросы
4.Меньший ресурс
4-х тактный ДВС
Такты работы:
1.Впуск(поршень движется вниз и открывается впускной клапан)
2.Сжатие(поршень поднимается вверх, сжимает горючую смесь, значит давление увеличивается => температура увеличивается)
3.Рабочий цикл(при проскакивании искры смесь воспламеняется, давление ещё больше увеличивается и внутренняя энергия газа превращается в механическую работу;газы давят на поршень и он движется вниз)
4.Выпуск(поршень движется вверх, открывается выпускной клапан, переработанные газы выбрасываются в атмосферу(холодильник)).
Любой тепловой двигатель имеет 3 неотъемлемые части:
1.Нагреватель
2.Рабочее тело
3.Газ или пар
4.Холодильник(атмосфера).
КПД теплового двигателя.
Отношение
работы к энергии, которое получило
рабочее тело от нагревателя, называют
коэффициентом полезного действия
(КПД):
Паровая или газовая турбина, двигатель
внутреннего сгорания, реактивный
двигатель работают на базе ископаемого
топлива. В процессе работы многочисленных
тепловых машин возникают тепловые
потери, которые в конечном счете приводят
к повышению внутренней энергии атмосферы,
т. е. к повышению ее температуры. Это
может привести к таянию ледников и
катастрофическому повышению уровня
Мирового океана, а вместе с тем к
глобальному изменению природных
условий. При работе тепловых установок
и двигателей в атмосферу выбрасываются
вредные для человека, животных и растений
оксиды азота, углерода и серы. С вредными
последствиями работы тепловых машин
можно бороться путем повышения КПД, их
регулировки и создания новых двигателей,
не выбрасывающих вредные вещества с
отработанными газами.
Цикл Карно.
- это замкнутый цикл который состоит из 2-х изотерм и 2-х адиобат.
Если
двигатель будет работать, то получается
максимальное КПД
КПД=Smax
=
T1- это температура нагревания
T2- это температура холодильника
Smax=
Q1- это тепло, которое получает рабочее тело от нагревателя
Q2- это тепло, которое отдает рабочее тело холодильнику.
КПД≠100%, т.к. 100% можно было бы получить тогда, когда температура холодильника равнялась 0К.
1→2 Изотермическое расширение. Т=const, m=const, V1<V2,∆U=0, U=const, A>0, Q подводим.
2→3 Адиаботическое расширение. Q=0, V2<V3, газ отдает часть энергии => ∆U↓ и T1↓ до Т2
3→4 Изотермическое сжатие.Т2=const, ∆U=0, A<0, Q отводится.
4→1 Адиабатическое сжатие. Q=0, U↑, T↑ до Т1
25.Адиабат. называют процесс,
Протекающий, без теплообмена
с окружающей средой. Q = 0,
следовательно, газ при расширении
совершает работу за счет уменьше-
-ния его внутренней энергии,
следовательно, газ охлаждается
,
Кривая,
изображающая
адиабатный процесс, называется адиабатой.
Есл воздух насыщен паром,то измен P,V,T
Происход медленно а в сухом за счёт
Водяного пара внутри Vвыделят тепло.
При насыщенной t,
Растёт медленнее чем в сухом.
В атмосфере при подъёме воздуха
Происходит его расшир.
Адиаб.процесс применяют при работе
Холод.и мороз.