Презентация "Термодинамика. Подготовка к ЕГЭ" 11 класс


Подписи к слайдам:
2002 г. А26 (ЕГЭ). Скорость автомобиля массой 500 кг изменяется в соответствии с графиком, приведенным на рисунке. Определите равнодействующую силу в момент времени t  = 3 с.

ТЕРМОДИНАМИКА Подготовка к ЕГЭ

Учитель: Попова И.А. МОУ СОШ № 30

Белово 2010

Цель: повторение основных понятий, законов и формул ТЕРМОДИНАМИКИ в соответствии с кодификатором ЕГЭ.

Элементы содержания, проверяемые на ЕГЭ 2010:

  • Внутренняя энергия
  • Тепловое равновесие
  • Теплопередача. Виды теплопередачи
  • Количество теплоты. Удельная теплоемкость вещества
  • Первый закон термодинамики
  • Второй закон термодинамики
  • КПД тепловой машины
  • Принципы действия тепловых машин
  • Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

Термодинамика. Основные понятия.

  • Термодинамика – это наука о тепловых явлениях.
  • Термодинамика рассматривает изолированные системы тел, находящиеся в состоянии термодинамического равновесия - в таких системах прекратились все наблюдаемые макроскопические процессы.
  • Основное свойство термодинамически равновесной системы - выравнивание температуры всех ее частей;
  • Термодинамический процесс - переход из одного в другое равновесное состояние
  • Процессы, состоящие из последовательности равновесных состояний, называются квазистатическими.

Внутренняя энергия

Учитывая уравнение состояния идеального газа

i – степень свободы

  • Внутренняя энергия вещества складывается из кинетической энергии всех атомов и молекул и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом;
  • Внутренняя энергия U тела однозначно определяется макроскопическими параметрами, характеризующими состояние тела;
  • Внутренняя энергия U тела зависит наряду с температурой T также и от объема V;
  • Внутренняя энергия является функцией состояния;
  • U = U(T,V)
  • Внутренняя энергия тела может изменяться, если действующие на него внешние силы совершают работу (положительную или отрицательную).

i = 3 для одноатомного газа;

i = 5 для двухатомного газа;

i = 6 для многоатомного газа;

Термодинамика. Работа газа.

  • Если газ подвергается сжатию в цилиндре под поршнем, то внешние силы совершают над газом некоторую положительную работу A`;
  • Если объем газа изменился на малую величину ΔV, то газ совершает работу
  • pSΔx = pΔV,
  • где p – давление газа, S – площадь поршня, Δx – его перемещение;

Работа численно равна площади под графиком процесса на диаграмме (pV).

Величина работы зависит от того, каким путем совершался переход из начального состояния в конечное.

Три различных пути перехода из состояния (1) в состояние (2).

Во всех трех случаях газ совершает разную работу, равную площади под графиком процесса.

Тепловое равновесие

  • При тепловом контакте две системы приходят в состояние теплового равновесия.
  • Две системы находятся в состоянии теплового равновесия, если при контакте через диатермическую перегородку параметры состояния обеих систем не изменяются;

Теплопередача. Виды теплопередачи

Теплопередача. Виды теплопередачи

  • ТЕПЛОПЕРЕДАЧА (или теплообмен) - один из способов изменения внутренней энергии тела (или системы тел), при этом внутренняя энергия одного тела переходит во внутреннюю энергию другого тела без совершения механической работы.
  • Теплота способна переходить только от тела с более высокой температурой к телу менее нагретому
  • Теплообмен всегда протекает так, что убыль внутренней энергии одних тел всегда сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене. Это является частным случаем закона сохранения энергии.

Виды теплопередачи. Теплопроводность.

  • Теплопроводность - перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов и т.п.), который приводит к выравниванию температуры тела.
  • Не сопровождается переносом вещества!
  • Этот вид передачи внутренней энергии характерен как для твердых веществ, так и для жидкостей и газов.
  • Теплопроводность различных веществ разная.
  • Металлы обладают самой высокой теплопроводностью, причем у разных металлов теплопроводность отличается.
  • Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости.

Виды теплопередачи. Конвекция.

  • Конвекция - вид теплопередачи, при котором энергия передается потоками (струями) вещества.
  • Характерна для жидкостей и газов.

Виды теплопередачи. Излучение.

  • Излучение - вид теплопередачи, при котором энергия передается с помощью электромагнитных волн (преимущественно инфракрасного диапазона).
  • Может происходить в вакууме

Количество теплоты. Удельная теплоемкость вещества

Удельная теплоемкость С — это количество теплоты, которое получает или отдает тело массой 1 кг при изменении ЕГО ТЕМПЕРАТУРЫ НА 1 К.

  • Энергия, переносимая от одной системы к другой только за счет разницы в температурах этих систем, называется количеством теплоты

Количество теплоты. Удельная теплоемкость вещества

Количество теплоты, необходимое для плавления (выделившаяся при кристаллизации) тела

Количество теплоты, необходимое для нагревания (выделившаяся при остывании) тела

  • Энергия, переносимая от одной системы к другой только за счет разницы в температурах этих систем, называется количеством теплоты

Количество теплоты, необходимое для парообразования (выделившаяся при конденсации) тела

Нагревание

Остывание

Плавление

Кристаллизация

Испарение

Конденсация

Первый закон термодинамики

  • Обмен энергией между термодинамической системой и окружающими телами в результате теплообмена и совершаемой работы
  • Важным следствием первого закона термодинамики является утверждение о невозможности создания машины, способной совершать полезную работу без потребления энергии извне и без каких-либо изменений внутри самой машины. Такая гипотетическая машина получила название вечного двигателя (perpetuum mobile) первого рода.

Q  = ΔU + A

I закон термодинамики:

Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами

Первый закон термодинамики

  • В изобарном процессе (p = const)
  • Q = ΔU + pΔV

I закон термодинамики:

Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами

  • В изохорном процессе (V = const) газ работы не совершает, A = 0
  • Q = ΔU 

Q  = ΔU + A

  • В изотермическом процессе температура газа не изменяется, следовательно, не изменяется и внутренняя энергия газа,
  • ΔU = 0
  • Q = A

Адиабатический процесс - процесс, протекающий в отсутствие теплообмена с окружающими телами

  • В адиабатическом процессе
  • Q = 0
  • A = –ΔU

Второй закон термодинамики

Первая формулировка (Клаузиус, 1850 год): невозможен процесс, при котором тепло самопроизвольно переходит от тел менее нагретых к телам более нагретым.

Третья формулировка (Оствальд, 1901 год): невозможен вечный двигатель второго рода.

  • Вторая формулировка (Томсон, 1851 год) невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет уменьшения внутренней энергии теплового резервуара.
  • Многие тепловые процессы могут протекать только в одном направлении. Такие процессы называются необратимыми.
  • Обратимыми процессами называют процессы перехода системы из одного равновесного состояния в другое, которые можно провести в обратном направлении через ту же последовательность промежуточных равновесных состояний.

Принципы действия тепловых машин

Тепловым двигателем называется устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу.

  • Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом.
  • Реально существующие тепловые двигатели (паровые машины, двигатели внутреннего сгорания и т. д.) работают циклически.
  • Процесс теплопередачи и преобразования полученного количества теплоты в работу периодически повторяется. Для этого рабочее тело должно совершать круговой процесс или термодинамический цикл, при котором периодически восстанавливается исходное состояние.

Круговой процесс на диаграмме (pV).

abc – кривая расширения,

cda – кривая сжатия.

Работа A в круговом процессе равна площади фигуры abcd

.

Тепловой резервуар с более высокой температурой называют нагревателем, а с более низкой холодильником.

КПД тепловой машины

Q = Q1 – |Q2| = А

Работа A, совершаемая рабочим телом за цикл, равна полученному за цикл количеству теплоты Q.

Отношение работы A к количеству теплоты Q1, полученному рабочим телом за цикл от нагревателя, называется коэффициентом полезного действия η тепловой машины:

  • Q1 - количество теплоты, которое рабочее тело получает от нагревателя;
  • Q2 - количество теплоты, которое рабочее тело отдает холодильнику
  • Полное количество теплоты Q, полученное рабочим телом за цикл, равно
  • В 1824 году французский инженер С. Карно рассмотрел круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.

Цикл Карно

Изотерма

Адиабата

Изотерма

Адиабата

С. Карно выразил коэффициент полезного действия цикла через температуры нагревателя T1 и холодильника T2

Цикл Карно – наиболее эффективный круговой процесс из всех возможных при заданных температурах нагревателя и холодильника:

ηКарно = ηmax

КПД тепловой машины

Структура тепловых машин

Холодильные машины

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

  • Факторы негативного влияния тепловых двигателей на окружающую среду:
  • загрязнение атмосферы
  • шумовые загрязнения
  • проблемы утилизации отработанных автомобилей
  • загрязнение почвы
  • повышение температуры атмосферы

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

  • Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием различных факторов.
  • при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.
  • сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа.
  • при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека.
  • Автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу два-три тонн свинца.

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды

  • Один из путей уменьшения путей загрязнения окружающей среды- использованием в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца.
  • Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются электродвигатели или двигатели, использующие в качестве топлива водород.
  • Согласно законам термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. Это не может не приводить к постепенному повышению средней температуры на земле. Одно из направлений, связанное с охраной окружающей среды, это увеличение эффективности использования энергии, борьба за её экономию.

Рассмотрим задачи:

ЕГЭ 2001-2010 (Демо, КИМ)

ГИА-9 2008-2010 (Демо)

(ЕГЭ 2001 г.) А9. Газ в сосуде сжали, совершив работу 25 Дж. Внутренняя энергия газа при этом увеличилась на 30 Дж. Следовательно

  • газ получил извне количество теплоты, равное 5 Дж
  • газ получил извне количество теплоты, равное 55 Дж
  • газ отдал окружающей среде количество теплоты, равное 5 Дж
  • газ отдал окружающей среде количество теплоты, равное 55 Дж

(ЕГЭ 2001 г.) А11. В тепловом двигателе газ получил 300 Дж тепла и совершил работу 36 Дж. Как изменилась внутренняя энергия газа?

  • уменьшилась на 264 Дж
  • уменьшилась на 336 Дж
  • увеличилась на 264 Дж
  • увеличилась на 336 Дж

(ЕГЭ 2001 г.) А13. В результате некоторого процесса газ перешел из состояния 1 в состояние 2. Какую работу совершили при этом над газом?

A = S = (6-4)∙(4-2)∙105 = 4∙105 Дж

  • 4.105 Дж
  • 16.105 Дж
  • 8.105 Дж
  • 12.105 Дж

(ЕГЭ 2001 г.) А14. Фарфоровую статуэтку массой 0,2 кг обжигали при температуре 1500 К и выставили на стол, где она остыла до температуры 300 К. Какое количество тепла выделила статуэтка при остывании?

  • 2,6.105 Дж
  • 3,3.105 Дж
  • 6,6.104 Дж
  • 2,6.102 Дж

(ЕГЭ 2002 г., Демо) А10. Внутренняя энергия гири увеличивается, если

  • гирю поднять на 2 м
  • гирю нагреть на 2о С
  • увеличить скорость гири на 2 м/с
  • подвесить гирю на пружине, которая растянется на 2 см

(ЕГЭ 2002 г., Демо) А11. Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя количество теплоты, равное 3 кДж и отдает холодильнику количество теплоты, равное 2,4 кДж. КПД двигателя равен

  • 20%
  • 25%
  • 80%
  • 120%

(ЕГЭ 2002 г., Демо) А14. Температура кристаллического тела при плавлении не изменяется. Внутренняя энергия вещества при плавлении

  • Увеличивается
  • Не изменяется
  • Уменьшается
  • Может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от кристаллической структуры тела

(ЕГЭ 2002 г., Демо) А29. Работа газа за термодинамический цикл 1-2-3-4 равна

  • 100 кДж
  • 200 кДж
  • 300 кДж
  • 400 кДж

(ЕГЭ 2003 г., КИМ) А11. При охлаждении твердого тела массой m температура тела понизилась на T. По какой из приводимых ниже формул следует рассчитывать количество отданной телом теплоты Q? с – удельная теплоемкость вещества.

(ЕГЭ 2003 г., КИМ) А12. Внутренняя энергия идеального газа при его охлаждении

  • увеличивается
  • уменьшается
  • увеличивается или уменьшается в зависимости от изменения объема
  • не изменяется

(ЕГЭ 2003 г., демо) А27. Тепловая машина с КПД 40 % получает за цикл от нагревателя 100 Дж. Какое количество теплоты машина отдает за цикл холодильнику?

  • 40 Дж
  • 60 Дж
  • 100 Дж
  • 160 Дж

(ЕГЭ 2004 г., демо) А8. Теплопередача всегда происходит от тела с

  • большим запасом количества теплоты к телу с меньшим запасом количества теплоты
  • большей теплоемкостью к телу с меньшей теплоёмкостью
  • большей температурой к телу с меньшей температурой
  • большей теплопроводностью к телу с меньшей теплопроводностью

(ЕГЭ 2004 г., демо) А9. В каком из процессов перехода идеального газа из состояния 1 в состояние 2, изображенном на рV-диаграмме (см. рисунок), газ совершает наибольшую работу?

  • А
  • Б
  • В
  • во всех трех процессах газ совершает одинаковую работу

(ЕГЭ 2005 г., ДЕМО) А9. При нагревании текстолитовой пластинки массой 0,2 кг от 30º C до 90º C потребовалось затратить 18 кДж энергии. Следовательно, удельная теплоемкость текстолита равна

  • 0,75 кДж/(кгК)
  • 1 кДж/(кгК)
  • 1,5 кДж/(кгК)
  • 3 кДж/(кгК)

(ЕГЭ 2005 г., ДЕМО) А10. В герметично закрытом сосуде находится одноатомный идеальный газ. Как изменится внутренняя энергия газа при понижении его температуры?

  • увеличится или уменьшится в зависимости от давления газа в сосуде
  • уменьшится при любых условиях
  • увеличится при любых условиях
  • не изменится

2005 г. А10 (КИМ). От каких макроскопических параметров зависит внутренняя энергия тела?

1. от температуры и объема тела

2. от температуры и скорости движения тела

3. от температуры тела и расстояния от тела до поверхности Земли

4. только от температуры тела

2005 г. А11 (КИМ). При передаче твердому телу массой m количества теплоты Q температура тела повысилась на ΔТ. Какое из приведенных ниже выражений определяет удельную теплоемкость вещества этого тела?

(ЕГЭ 2005 г., ДЕМО) А12. Максимальный КПД тепловой машины с температурой нагревателя 227 С и температурой холодильника 27 С равен

  • 100 %
  • 88 %
  • 60 %
  • 40 %

2005 г. А12 (КИМ). Тепловая машина за цикл работы получает от нагревателя 100 Дж и отдает холодильнику 40 Дж. Чему равен КПД тепловой машины?

1)

60%

2)

40%

3)

29%

4)

43%

(ЕГЭ 2006 г., ДЕМО) А12. На рисунке приведен график зависимости объема идеального одноатомного газа от давления в процессе 1 – 2. Внутренняя энергия газа при этом увеличилась на 300 кДж. Количество теплоты, сообщенное газу в этом процессе, равно

  • 0 кДж
  • 100 кДж
  • 200 кДж
  • 500 кДж

(ЕГЭ 2006 г., ДЕМО) А13. Тепловая машина с КПД 60% за цикл работы получает от нагревателя количество теплоты, равное 100 Дж. Какую полезную работу машина совершает за цикл?

  • 40 Дж
  • 60 Дж
  • 100 Дж
  • 160 Дж

(ЕГЭ 2007 г., ДЕМО) А11. Внутренняя энергия газа в запаянном несжимаемом сосуде определяется главным образом

  • движением сосуда с газом
  • хаотическим движением молекул газа
  • взаимодействием молекул газа с Землей
  • действием внешних сил на сосуд с газом

(ЕГЭ 2007 г., ДЕМО) А14. На диаграмме (см. рисунок) показан процесс изменения состояния идеального одноатомного газа. Газ отдает 50 кДж теплоты. Работа внешних сил равна

  • 0 кДж
  • 25 кДж
  • 50 кДж
  • 100 кДж

(ЕГЭ 2008 г., ДЕМО) А14. Одноатомный идеальный газ в количестве 4 молей поглощает количество теплоты 2 кДж. При этом температура газа повышается на 20 К. Работа, совершаемая газом в этом процессе, равна

  • 0,5 кДж
  • 1,0 кДж
  • 1,5 кДж
  • 2,0 кДж

(ЕГЭ 2008 г., ДЕМО) А15. Тепловая машина имеет КПД 25%. Средняя мощность передачи теплоты холодильнику в ходе ее работы составляет 3 кВт. Какое количество теплоты получает рабочее тело машины от нагревателя за 10 с?

  • 0,4 Дж
  • 40 Дж
  • 400 Дж
  • 40 кДж

(ЕГЭ 2009 г., ДЕМО) А10. Какую работу совершает газ при переходе из состояния 1 в состояние 3 (см. рисунок)?

  • 10 кДж
  • 20 кДж
  • 30 кДж
  • 40 кДж

(ЕГЭ 2009 г., ДЕМО) А11. В тепловой машине температура нагревателя 600 K, температура холодильника на 200 K меньше, чем у нагревателя. Максимально возможный КПД машины равен

(ЕГЭ 2010 г., ДЕМО) А10. При каком из перечисленных ниже процессов остается неизменной внутренняя энергия 1 моль идеального газа?

  • при изобарном сжатии
  • при адиабатном сжатии
  • при адиабатном расширении
  • при изотермическом расширении

(ЕГЭ 2010 г., ДЕМО) А11. Какую работу совершает газ при переходе из состояния 1 в состояние 3 (см. рисунок)?

  • 10 кДж
  • 20 кДж
  • 30 кДж
  • 40 кДж

(ЕГЭ 2010 г., ДЕМО) А12. Температура нагревателя идеального теплового двигателя Карно 227 ºС, а температура холодильника 27 ºС. Рабочее тело двигателя совершает за цикл работу, равную 10 кДж. Какое количество теплоты получает рабочее тело от нагревателя за один цикл?

  • 2,5 Дж
  • 11,35 Дж
  • 11,35 кДж
  • 25 кДж

Используемая литература

/ http://www.edu.delfa.net/CONSP/mkt8.html

Берков, А.В. и др. Самое полное издание типовых вариантов реальных заданий ЕГЭ 2010, Физика [Текст]: учебное пособие для выпускников. ср. учеб. заведений / А.В. Берков, В.А. Грибов. – ООО "Издательство Астрель", 2009. – 160 с.

Касьянов, В.А. Физика, 11 класс [Текст]: учебник для общеобразовательных школ / В.А. Касьянов. – ООО "Дрофа", 2004. – 116 с.

Класс!ная физика для любознательных. ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ / http://class-fizika.narod.ru/8_class.htm

Момент силы. ВикипедиЯ [текст, рисунок]/http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D1%8B

Мякишев, Г.Я. и др. Физика. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразовательных школ / учебник для общеобразовательных школ Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев . –" Просвещение ", 2009. – 166 с.

Открытая физика [текст, рисунки]/ http://www.physics.ru

Подготовка к ЕГЭ /http://egephizika

Силы в механике/ http://egephizika.26204s024.edusite.ru/DswMedia/mehanika3.htm

Тепловое равновесие. Температура. Количество теплоты и теплопередача/ http://artur1253.rbcmail.ru/glava3.html

Тепловые двигатели / http://wiki.iteach.ru/index.php/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B5_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%B8/%D0%A3%D1%87%D0%B5%D0%B1%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B5_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%B8_%D0%B8_%D0%BE%D1%85%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0_%D0%BE%D0%BA%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B0%D1%8E%D1%89%D0%B5%D0%B9_%D1%81%D1%80%D0%B5%D0%B4%D1%8B

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

Три закона Ньютона / http://rosbrs.ru/konkurs/web/2004

Федеральный институт педагогических измерений. Контрольные измерительные материалы (КИМ) Физика //[Электронный ресурс]// http://fipi.ru/view/sections/92/docs/