Внутренняя энергия газа Основы термодинамики. Внутренняя энергия газа Первая научная теория тепловых процессов - термодинамическая Возникла при изучении. - презентация

1 Внутренняя энергия газа Основы термодинамики

2 Внутренняя энергия газа Первая научная теория тепловых процессов - термодинамическая Возникла при изучении оптимальных условий использования теплоты для совершения работы в середине XIX века, еще задолго до признания МКТ. В настоящее время Тепловые явления Термодинамика Молекулярно-кинетическая теория

3 Внутренняя энергия газа Термодинамика Молекулярно-кинетическая теория изучают Различными методами Одни и те же явления - раздел физики, изучающий возможности использования внутренней энергии тел для совершения механической работы.

4 Внутренняя энергия газа Термодинамика главное содержание Устанавливается опытным путем выражается два основных законах Касаются поведения энергии Справедливы для всех видов веществ независимо от их внутреннего строения

5 Внутренняя энергия газа Тепловые явления изучение ТермодинамикаМКТ Статистический метод Термодинамический метод Статистическая механика Использование законов термодинамики

6 Внутренняя энергия газа XIX век Макроскопические тела Энергия, заключенная внутри самих тел Механическая энергия Внутренняя энергия

7 Внутренняя энергия газа Внутренняя энергия Шайба, скользящая по льду Нагрев воды в пробирке, закрытой пробкой Переход E k -> E внутренняя Переход E внутренняя -> E к

8 Внутренняя энергия газа МКТ Внутренняя энергия Макроскопического тела Суммарная кинетическая энергия беспорядочного движения всех молекул относительно центра масс тела Потенциальная энергия взаимодействия всех молекул друг с другом (но не с молекулами других тел!!!).

9 Внутренняя энергия газа Внутренняя энергия Вычислить – невозможно! Определяют значение внутренней энергии или ее изменение в зависимости от макроскопических параметров, которые можно непосредственно измерить Одноатомный газ – газ, состоящий из отдельных атомов, а не из молекул. Инертные газы: гелий, неон, аргон и другие.

10 Внутренняя энергия газа Внутренняя энергия одноатомного идеального газа Идеальный газ – газ, молекулы которого не взаимодействуют друг с другом, то есть их E п = 0 U = E k Для 1 атома: Число атомов: Получаем: - универсальная газовая постоянная

11 Внутренняя энергия газа Внутренняя энергия одноатомного идеального газа пропорциональна абсолютной температуре: Не зависит от объема и других макроскопических параметров!!!

12 Внутренняя энергия газа Изменение внутренней энергии происходит только при изменении температуры:

13 Внутренняя энергия газа Увеличение массы m газа приводит к увеличению его внутренней энергии Зависит от рода газа, так как чем больше M, тем меньше атомов содержится в газе данной массы

14 Внутренняя энергия газа Если идеальный газ состоит из более сложных молекул, чем одноатомный, то: Изменяется лишь коэффициент пропорциональности между U и T. i – число степеней свободы молекулы Число степеней свободы – число возможных независимых направлений движения молекулы.

15 Внутренняя энергия газа Реальные газы, жидкости и твердые тела: - зависит от объема вещества, так как при изменении объема изменяется среднее расстояние между молекулами Внутренняя энергия в термодинамике в общем случае зависит не только от температуры (T), но и от объема (V). Внутренняя энергия (U) макроскопических тел однозначно определяется параметрами, характеризующими состояние этих тел: температурой (T) и объемом (V)

16 Задание Моль какого газа (водорода или гелия) имеет большую внутреннюю энергию при одинаковой температуре?

17 Внутренняя энергия газа Может изменяться: При деформации При тепловых процессах Тепловые процессы – процессы, связанные с изменением как температуры тела, так и его агрегатного состояния – плавлением или отвердеванием, испарением или конденсацией. При химических реакциях изменяются Силы взаимодействия между атомами Энергии взаимодействия атомов Характер движения и взаимодействия молекул При ядерных реакциях

18 Внутренняя энергия газа Способы изменения Совершение работы Теплопередача (теплообмен) Теплообмен – процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы. мера передачи энергии количество теплоты - это энергия, передаваемая телу извне в результате теплообмена.

19 Задачи 1. В одном стакане находится горячая вода, в другом – холодная. В каком случае вода обладает большей внутренней энергией? 2. Спичка воспламеняется при трении ее головки о коробок. Объяснить это явление. 3. Объяснить возрастание скорости диффузии с повышением температуры. 4. Почему радиаторы центрального отопления ставят обычно под окнами? 5. Почему зимой на улице металл на ощупь кажется холоднее дерева? 6. В стакан налит горячий чай. Как осуществляется теплообмен между чаем и стенками стакана? 7. Приведите примеры изменения внутренней энергии тела в процессе теплообмена 8. Почему в безветрие пламя свечи устанавливается вертикально? 9. Зачем канализационные и водопроводные трубы зарывают в землю на значительную глубину? Найдите внутреннюю энергию 5 моль водорода при 20 °С Как изменится внутренняя энергия 500 г кислорода при его нагревании на 15 °С.

20 Работа как мера изменения внутренней энергии системы Древние времена человек теплота Возникла наука - термодинамика работа ТЕПЛОВЫЕ МАШИНЫ

21 Работа как мера изменения внутренней энергии системы Тепловая машина Джеймс Уатт г. – г. Джеймс Уатт (Ватт) – шотландский изобретатель, создатель универсального парового двигателя. Исследовал свойства водяного пара, в частности зависимость температуры насыщенного пара от давления. Детальное изучение паровой машины Ньюкомена привело его к введению в неё многих усовершенствований.

22 Работа как мера изменения внутренней энергии системы Схема уаттовской паровой машины двойного действия

23 Работа как мера изменения внутренней энергии системы Работа в механике A = Flcosα A – работа F - сила l – перемещение тела α – угол между силой и направлением перемещения Работа совершается при действии силы на движущееся тело и равна изменении его кинетической энергии.

24 Работа как мера изменения внутренней энергии системы Работа в термодинамике Движение тела как целого не рассматривается, речь идет о перемещении частей макроскопического тела относительно друг друга. Работа в термодинамике равна изменению внутренней энергии тела Меняется объем тела, его скорость остается равной нулю

25 Работа как мера изменения внутренней энергии системы Работа в термодинамике F – сила, с которой сам газ действует на поршень; F – сила, с которой поршень действует на газ; По 3 закону Ньютона: F=-F А–работа, совершаемая газом; A-работа, совершаемая внешними телами над газом.

26 Работа как мера изменения внутренней энергии системы Работа в термодинамике A = pV – работа, совершаемая газом. Положительная. A = - pV – работа, совершаемая внешними телами над газом. Отрицательная.

27 Домашнее задание