Конспект урока Адиабатный процесс

Адиабатный процесс. Циклический процесс. Цикл Карно.

Цель: изучить адиабатный процесс; рассмотреть особенность цикла Карно.

Ход урока:

1. Организационный момент.

2. Проверка домашнего задания: - проверка таблиц; - устный опрос по таблице

3. Изучение нового материала:

Адиабатный процесс - это процесс, протекающий в теплоизолированной системе.

Реально ли создать идеальной теплоизоляции? Конечно же нет! Давайте попробуем тогда подобрать условия, чтоб можно было бы приблизить максимально к ним. (ответы и предположения детей фиксируется на доске в виде кластера)

Если анализировать на основе первого закона термодинамики, то Q=0, A=-U. Следовательно, при расширении происходит понижение температуры. Так как A=-U, а это возможно только при Т<0. При адиабатном сжатии происходит повышение температуры.

При протекании адиабатного процесса теплоемкость = 0.

Расскажите самостоятельно на основе примеров протекание адиабатного процесса: накачивание велосипедной камеры, дизельные двигатели, в атмосфере.

Стр. 180 - найли ответ:

1. Что такое двигатели?

2. Каким общим свойством они обладают? Почему?

3. Какие два процесса включают циклические процессы

4. Что называют прямым циклом?

5. Укажите КПД прямого цикла

6. Почему его называют термический?

7. Рис. 5.8 составьте самостоятельно последовательность у доски

Идеальная тепловая машина Карно - это машина работающая на идеальном газе без потери энергии.

Рабочим телом в машине Карно является идеальный газ, который периодически повторяет один и тот же цикл изменения своего состояния. Он получил название цикла Карно, а подобные процессы называются круговыми или циклическими.

КПД идеальной тепловой машины Карно имеет следующее значение:

4. Закрепление. Решение задач

Задача № 2.

В вертикальном цилиндре под тяжелым поршнем находится кислород массой 2 кг. Для повышения температуры на 5^oК ему сообщили количество теплоты 9160 Дж. Найдите работу, совершенную газом при расширении, и увеличение его внутренней энергии. Молярная масса кислорода 32·10^-3 кг/моль.

Решение:

Работа, совершенная газом, определяется по формуле:

.

Подставляя численные значения, получим:

.

Проверим размерность:

.

Чтобы найти увеличение внутренней энергии газа, воспользуемся первым законом термодинамики:

.

Подставляя численные значения, получим:

ΔU = 9160-2597=6563.

Ответ: работа, совершенная газом, составила 2597 Дж, при этом его внутренняя энергия увеличилась на 6563 Дж.

Задача № 3.

Кислород массой 0,1 кг сжимается адиабатически. Температура газа при этом возрастает от 273^oК до 373^oК. Чему равно приращение внутренней энергии и работа, совершенная при сжатии газа?

Решение:

Запишем первый закон термодинамики:

Q = ΔU + A′.

При адиабатном процессе Q = 0, следовательно, ΔU = - A′.

Как известно, внутренняя энергия идеального одноатомного газа равна:

,

Но, так как кислород - двухатомный газ, то получим:

.

M = 32·10^-3 (кг/моль).

Проверим размерность:

.

Подставим численные значения:

(кДж).

Тогда совершенная работа равна: А = А′ = 6,5 (кДж).

Ответ: приращение внутренней энергии равно 6,5 кДж.

Задача №4.

Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно. При этом 80% тепла, получаемого от нагревателя, передается холодильнику. Количество тепла, получаемое от нагревателя равно 1,5ккал. Найти: 1) КПД цикла, 2) работу, совершенную при полном цикле.

Решение:

КПД тепловой машины определяется формулой:

η = (Q_н - Q_x)/Q_н,

где Q_н - тепло, полученное от нагревателя, Q_x - тепло, отданное холодильнику.

Имеем Q_н =1,5 ккал, Q_x = 80%·Q_н = 1,2 ккал. Отсюда:

.

Для идеальной тепловой машины за один цикл от нагревателя забирается энергия, численно равная количеству теплоты Q_н, а в механическую энергию превращается (Q_н - Q_x) = Q_п,

где Q_п означает полезную теплоту, превращенную в механическую работу А.

В нашем случае Q_н = 1,5 ккал, Q_x = 1,2 ккал. Тогда А = Q_н - Q_x = 0,3 ккал или

0,3· 4,19· 1000 Дж≈1,26·10³ Дж.

Ответ: А = 0,3 ккал или 1,26·10³ Дж.

Задача №5.

Тепловоз, коэффициент полезного действия которого 30%, работает 3 часа со средней мощностью N = 3000 л.с. Найти, какое количество дизельного горючего он израсходует за это время.

Решение:

Массу m израсходованного дизельного топлива вычисляем по формуле:

Q_з = q·m,

где Q_з - затраченная теплота, q - удельная теплота сгорания дизельного топлива. Из таблицы она принимается равной: q = 42·10⁶ Дж/кг. Затраченная теплота определяется из формулы к.п.д. тепловоза: η = Q_п/Q_з. Здесь Q_п - полезная теплота, которая пошла на совершение работы. Она рассчитывается по формуле мощности:

N = Q_п /t.

Таким образом,

η = (N·t)/(q·m),

откуда для массы получаем выражение:

m = (N·t)/( q·η).

Задачу решаем в системе измерения единиц СИ. Имеем η = 0.3, t = 3·3600 сек, N = 3000· 736 Вт,q = 42·10⁶ Дж/кг.

Проверим размерность:

.

Подставляя числовые значения, получим:

.

Ответ: масса израсходованного дизельного горючего составит около 1893 кг.

5. Домашнее задание

§5,8-5,10-5,11

Решение задачи - упр. 13 № 12,21(девочкам)