В теплоизолированном цилиндре с поршнем находится азот при температуре (5 видео)

Содержание

Решение задач по теме «Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к различным изопроцессам»
В теплоизолированном цилиндре с поршнем находится азот массой m = 0,2 кг при температуре t1 = 20 °С. Азот, расширяясь, совершает работу
Вопрос вызвавший трудности
Ответ подготовленный экспертами Учись.Ru
§ 5.13. Примеры решения задач
🔥 Видео

Видео:В вертикальном цилиндре, закрытом лёгким поршнем, находится бензол (С6H6) при температуре - №34152Скачать

Решение задач по теме «Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к различным изопроцессам»

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Решение задач по теме «Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к различным изопроцессам»

Продолжить формирование умений устанавливать закономерности, анализировать изучаемый материал и делать выводы, применять знания в конкретных ситуациях;

Активизировать познавательный интерес учащихся к предмету.

Познавательный (образовательный) аспект:

Продолжить освоение следующих специальных понятий: 1 закон термодинамики, применение 1 закона термодинамики к изопроцессам, на уровне воспроизведения, применения по образцу и творческого применения.

Углубить представления о таких понятиях, как идеальный газ, внутренняя энергия, изменение внутренней энергии, количество теплоты, работа внешних сил, работа газа.

Формировать специальные умения и навыки: навык грамотного выполнения математических записей.

Расширить понимание знаний и отношений: связь изменения внутренней энергии тела с изменением температуры, соотношением между работой внешних сил и работой газа, поглощение и выделение тепла, связь между изменением внутренней энергии с работой, совершенной над системой и количеством теплоты.

Расширить представление о молекулярно кинетической теории, уравнении состояния идеального газа, уравнении изменения внутренней энергии одноатомного и двухатомного газа.

Продолжить формирование общеучебных умений и навыков: умения работать с учебными материалами, умения планировать, контролировать ход своей деятельности, умения работать во времени, умения работать со справочными материалами, умения осознанного чтения, умения находить рациональные пути выполнения работы, умения применять свои знания и навыки по математике при самостоятельном изучении темы «Решение задач на применение 1 закона термодинамики».

Продолжить формирование научного, теоретического и диалектического мировоззрения.

Продолжить формирование знаний о процессе научного познания.

Продолжить формирование представлений об единой физической картине мира, материальности мира.

Развивать умение логически мылить, умение анализировать и систематизировать знания, делать вывод при самостоятельном «Решении задач на применение 1 закона термодинамики».

Развивать память, воображение, концентрацию внимания, наблюдательность.

Развивать осмысленную самостоятельность.

Продолжить формирование мировоззренческих позиций.

Продолжить формирование умения критично оценивать результаты.

Продолжить формирование сознательной дисциплины.

Продолжить формирование системы нравственных ценностей (настойчивости, целеустремленности, трудолюбия), формирование отношений к себе, одноклассникам.

Тип урока: урок закрепления знаний.

Что такое внутренняя энергия?

Внутренняя энергия — это сумма кинетической энергии хаотического движения всех частиц, входящих в состав данного тела, и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

Как изменяется внутренняя энергия твердого тела при: а) нагревании;

в) увеличивается ( за счет увеличения энергии взаимодействия молекул).

Какие вы знаете способы изменения внутренней энергии?

Внутреннюю энергию тела можно изменить посредством теплопередачи, то есть без совершения работы (при контакте тел различной температуры), а также посредством совершения работы.

Вы подержали в руке монету, и она нагрелась. Каков был в этом случае способ изменения внутренней энергии монеты?

Изменение посредством теплопередачи, то есть без совершения работы (при контакте тел различной температуры)

Что такое количество теплоты? Какова единица количества теплоты?

Количество теплоты, получаемое телом – энергия, передаваемая телу извне в результате теплообмена. Единица измерения – Джоуль.

Сформулируйте первый закон термодинамики.

Первый закон термодинамики: изменение внутренней энергии тела равно сумме количества теплоты, переданного телу, и работы, совершенной над телом: U = Q + А. Другая формулировка: количество теплоты, переданное телу, равно сумме изменения внутренней энергии тела и работы, совершенной телом: Q = U + A ’

Какой раздел физики называют термодинамикой?

Термодинамика – раздел физики, изучающий общие законы тепловых явлений.

Какой процесс называют адиабатным?

Процесс, происходящий без теплопередачи.

Как связано переданное телу количество теплоты с изменением внутренней энергии тела при изохорном процессе?

Внутренняя энергия изменяется посредством теплопередачи.

Изменяется ли внутренняя энергия идеального газа при изотермическом процессе, когда давление увеличивается?

Внутренняя энергия не изменяется U =0.

Заполни таблицу правильно! Задания с использованием интерактивной доски

Видео:Потери напора при движении жидкостиСкачать

В теплоизолированном цилиндре с поршнем находится азот массой m = 0,2 кг при температуре t1 = 20 °С. Азот, расширяясь, совершает работу

В 9:34 поступил вопрос в раздел ЕГЭ (школьный), который вызвал затруднения у обучающегося.

Читайте также: Вычислите число цилиндров с если общий объем памяти hdd составляет

Видео:Мякишев. Термодинамика. Упражнение 4.14Скачать

Вопрос вызвавший трудности

Видео:В цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится идеальный газ (см. рис.). - №Скачать

Ответ подготовленный экспертами Учись.Ru

Для того чтобы дать полноценный ответ, был привлечен специалист, который хорошо разбирается требуемой тематике «ЕГЭ (школьный)». Ваш вопрос звучал следующим образом: В теплоизолированном цилиндре с поршнем находится азот массой m = 0,2 кг при температуре t1 = 20 °С. Азот, расширяясь, совершает работу

После проведенного совещания с другими специалистами нашего сервиса, мы склонны полагать, что правильный ответ на заданный вами вопрос будет звучать следующим образом:

ответ к заданию по физике

НЕСКОЛЬКО СЛОВ ОБ АВТОРЕ ЭТОГО ОТВЕТА:

Работы, которые я готовлю для студентов, преподаватели всегда оценивают на отлично. Я занимаюсь написанием студенческих работ уже более 4-х лет. За это время, мне еще ни разу не возвращали выполненную работу на доработку! Если вы желаете заказать у меня помощь оставьте заявку на этом сайте. Ознакомиться с отзывами моих клиентов можно на этой странице.

Прохорова Гера Мэлсовна — автор студенческих работ, заработанная сумма за прошлый месяц 64 995 рублей. Её работа началась с того, что она просто откликнулась на эту вакансию

ПОМОГАЕМ УЧИТЬСЯ НА ОТЛИЧНО!

Выполняем ученические работы любой сложности на заказ. Гарантируем низкие цены и высокое качество.

Деятельность компании в цифрах:

Зачтено оказывает услуги помощи студентам с 1999 года. За все время деятельности мы выполнили более 400 тысяч работ. Написанные нами работы все были успешно защищены и сданы. К настоящему моменту наши офисы работают в 40 городах.

Ответы на вопросы — в этот раздел попадают вопросы, которые задают нам посетители нашего сайта. Рубрику ведут эксперты различных научных отраслей.

Полезные статьи — раздел наполняется студенческой информацией, которая может помочь в сдаче экзаменов и сессий, а так же при написании различных учебных работ.

Красивые высказывания — цитаты, афоризмы, статусы для социальных сетей. Мы собрали полный сборник высказываний всех народов мира и отсортировали его по соответствующим рубрикам. Вы можете свободно поделиться любой цитатой с нашего сайта в социальных сетях без предварительного уведомления администрации.

Площадка Учись.Ru разработана специально для студентов и школьников. Здесь можно найти ответы на вопросы по гуманитарным, техническим, естественным, общественным, прикладным и прочим наукам. Если же ответ не удается найти, то можно задать свой вопрос экспертам. С нами сотрудничают преподаватели школ, колледжей, университетов, которые с радостью помогут вам. Помощь студентам и школьникам оказывается круглосуточно. С Учись.Ru обучение станет в несколько раз проще, так как здесь можно не только получить ответ на свой вопрос, но расширить свои знания изучая ответы экспертов по различным направлениям науки.

Видео:Ядерные реакции. Простой и понятный советский научный фильм.Скачать

§ 5.13. Примеры решения задач

При решении задач на применение материала этой главы используется формула (5.1.2) или (5.1.3) для вычисления работы при изобарном изменении объема газа, выражение (5.2.5) для количества теплоты, полученного телом при его нагревании или отданного им при охлаждении, а также уравнение теплового баланса (5.2.6).

Значительное количество задач решается с помощью первого закона термодинамики в форме ΔU = А + Q или Q = ΔU + А’. Надо иметь в виду, что величины A, Q и ΔU могут быть как положительными, так и отрицательными. В ряде случаев используются частные формулировки первого закона термодинамики для изотермического, изобарного, изохорного и адиабатного процессов.

При решении задач на тепловые двигатели применяются выражения для КПД (5.11.2) и (5.12.13).

Во многих случаях понадобится применять газовые законы и выражение для внутренней энергии одноатомного идеального газа .

Вычислите работу идеального газа массой m при его изобарном нагревании на ΔT.

Решение. Обозначим постоянное давление газа через р, начальный и конечный объемы газа — соответственно через V₁ и V₂, а начальную и конечную температуры — через T₁ и T₂. Согласно уравнению Менделеева—Клапейрона имеем

где М — молярная масса газа.

Вычитая почленно из второго уравнения первое, получим

Читайте также: Стук в одном из цилиндров дизеля

Ho p(V₂ — V₁) = A’ — работа газа. Следовательно,

Полученную формулу полезно запомнить и применять при решении других задач.

В каком случае вода в бадье нагревается больше: при опускании в нее горячего камня или такого же по объему нагретого до той же температуры куска металла? Удельные теплоемкости камня и металла относятся как 2:1, плотности как 3:13.

Решение. Пренебрегая тепловыми потерями, запишем уравнения теплового баланса для двух пар веществ: вода — камень и вода — металл:

где с_в, с_к, с_м — удельные теплоемкости воды, камня и металла; m_в— масса воды в бадье; ρ_к и ρ_м— плотности камня и металла; V — объем камня (металла); t₁ — начальная температура воды в бадье; t₂ — начальная температура камня (металла); t — температура, установившаяся в бадье после опускания в нее камня, a t’ — после опускания металла. Перепишем уравнения (5.13.2) так:

Разделив почленно первое уравнение на второе, получим

Так как , то уравнение (5.13.4) принимает вид

Относительно температур t и t’ можно высказать три предположения: 1) t > t’; 2) t = t’ и 3) t T₁), следовательно, к газу подводится некоторое количество теплоты (Q > 0); работы газ не совершает (V = const, A’₁ = 0).

Процесс 2—3 — изобарное расширение; температура увеличивается (Т₃ > Т₂); газ совершает положительную работу (А’₁ > 0). Это видно из формулы А’₂ = p₁ (V₃ — V₂). Так как температура увеличивается, то внутренняя энергия тоже увеличивается, т. е. ΔU > 0. Поэтому из первого закона термодинамики в форме Q = ΔU + А’₂ следует, что Q > 0, и при этом процессе к газу подводится некоторое количество теплоты.

Процесс 3—4 — изотермическое расширение; температура остается постоянной. Газ совершает положительную работу, так как он расширяется (А’₃ > 0). Для изотермического процесса первый закон термодинамики имеет вид Q = А’₃, поэтому Q > 0, т. е. теплота поглощается газом.

Процесс 4—1 — изобарное сжатие (V₁ 5 Па и температуре t₁ = 0 °С занимает объем V₁ = 2 м 3 . Газ сжимают без теплообмена с окружающей средой, совершая при этом работу А = 35 кДж. Найдите конечную температуру газа Т₂.

Решение. Согласно формуле (15.8.1) для одноатомного идеального газа изменение внутренней энергии

Из уравнения Менделеева—Клапейрона для начального состояния газа

Подставляя выражение (5.13.16) в уравнение (5.13.15), получим

Так как газ сжимают без теплообмена с окружающей средой (адиабатный процесс), то в соответствии с первым законом термодинамики имеем

Следовательно, уравнение (5.13.17) можно записать так:

Увеличится ли внутренняя энергия воздуха в комнате, если в ней протопить печь?

Решение. Энергия единицы объема газа пропорциональна произведению абсолютной температуры газа на его плотность:

где с — постоянный коэффициент пропорциональности.

Согласно уравнению состояния идеального газа

где В — постоянная величина.

Так как ρ = , то ρТ = . Следовательно, U1 = , т. е. энергия определяется только давлением. Давление же в комнате равно атмосферному и не меняется при нагревании воздуха в комнате. Нагреваясь, воздух частично вытекает через щели наружу, что и обеспечивает постоянство энергии, несмотря на нагревание. Только в герметически закрытой комнате внутренняя энергия возрастала бы с нагреванием.

Тепловая машина совершает работу А = 2 • 10 3 Дж при затрате количества теплоты Q₁ = 4 • 10 3 Дж. Известно, что КПД такой машины составляет 0,75 (75%) максимально возможного КПД (η_mах). Определите температуру нагревателя машины t₁, если температура холодильника t₂ = 0 °С.

Решение. Согласно условию задачи КПД тепловой машины равен

Упражнение 4

Если бы реки потекли вспять, означало бы это нарушение закона сохранения энергии?
Покажите, что нарушение второго закона термодинамики в формулировке Клаузиуса ведет к нарушению второго закона термодинамики в формулировке Кельвина.
Понизится ли температура в комнате, если открыть дверцу работающего холодильника?
В вертикальном цилиндре под поршнем, площадь поперечного сечения которого S = 20 см 2 , находится столб газа высотой h = 60 см при температуре t = 27 °С. Поршень может перемещаться без трения. Масса поршня m = 10 кг. Цилиндр нагрели на ΔT = 50 К. Определите работу А’, совершенную газом. Атмосферное давление р = 10 5 Па.
Каковы первоначальная температура и объем гелия, ндхо-дящегося под поршнем в цилиндре, если при охлаждении газа до t = -23 °С поршень с лежащим на нем грузом общей массой m₁ = 16 кг совершает работу А = 400 Дж? Площадь поршня S = 200 см 2 , атмосферное давление р₀ нормальное, масса гелия m₁ = 5 г.
При изобарном расширении некоторого количества идеального газа он совершает работу А = 4000 Дж. Определите количество теплоты Q₁ полученное газом. Молярная теплоемкость газа при постоянном давлении С_p = 21 Дж/(моль • К).
В сосуд с водой при температуре t₀ = 0 °С опустили цилиндрический медный стержень, нагретый до температуры t₁ = 300 °С, после чего температура воды повысилась до t = 23 °С. Объем воды V = 10 л; площадь сечения стержня S = 20 см 2 . Определите длину стержня I. Плотность меди р_м = 8,9 • 10 3 кг/м 3 . Удельная теплоемкость воды св = 4,19• 10 3 Дж/(кг • К), удельная теплоемкость меди с_м = 380 Дж/(кг • К). Нагреванием сосуда, а также потерями тепла пренебречь.
В калориметр теплоемкостью С = 63 Дж/К было налито масло массой m₁ = 250 г при температуре t₁ = 12 °С. После опускания в масло медного тела массой m₂ = 500 г при температуре t₂ — 100 °С установилась температура t = 33 °С. Какова удельная теплоемкость с₁ масла по данным опыта? Удельная теплоемкость меди с₂ = 380 Дж/(кг • К).
Стальной осколок снаряда, падая с высоты h = 500 м, имел у поверхности Земли скорость v — 50 м/с. На сколько градусов увеличится температура осколка при падении? Считать, что механическая энергия, потерянная осколком, полностью превратилась во внутреннюю энергию. Удельная теплоемкость стали с = 460 Дж/(кг • К).
На тележку массой М, двигающуюся горизонтально с постоянной скоростью ₀, опускают сверху кирпич массой m. Определите, какое количество теплоты при этом выделится.
Свинцовая дробинка, летящая со скоростью v = 100 м/с, попала в доску и застряла в ней. На сколько градусов повысилась температура дробинки, если 50% механической энергии дробинки превратилось во внутреннюю энергию?
Предложен следующий проект вечного двигателя (рис. 5.22). Закрытый сосуд разделен на две половины герметичной перегородкой, сквозь которую пропущены трубка и водяная турбина в кожухе с двумя отверстиями. Давление воздуха в нижней части больше, чем в верхней. Вода поднимается по трубке и наполняет открытую камеру. В нижней части очередная порция воды выливается из камеры турбины, подошедшей к отверстию кожуха. Почему машина не будет работать вечно?

Рис. 5.22

В вертикальном цилиндре под тяжелым поршнем находится кислород массой m = 2 кг. Для повышения температуры кислорода на ΔT = 5 К ему сообщили количество теплоты Q₁ = 9160 Дж. Найдите работу, совершенную кислородом при расширении, и увеличение его внутренней энергии.

В теплоизолированном цилиндре с поршнем находится азот массой m = 0,2 кг при температуре t₁ = 20 °С. Азот, расширяясь, совершает работу А’ = 4470 Дж. Найдите изменение внутренней энергии азота и его температуру после расширения. Удельная теплоемкость азота при постоянном объеме cv = 745 Дж/(кг • К).

Давление азота, находящегося в сосуде объемом V = 3 л, после нагревания возросло на Δр = 2,2 МПа. Определите количество теплоты, сообщенное газу, а также работу, совершенную газом, и изменение его внутренней энергии.

В сосуде находится одноатомный газ при температуре t = 17 °С и давлении р = 100 кПа. Объем сосуда V = 3 л. Газ изохорно нагревают на Δt = 100 °С. Определите изменение внутренней энергии газа. Какое количество теплоты было передано газу в этом процессе?

Идеальный газ переводят изотермически из состояния 1 в состояние 2 (V₂ 3 Дж от нагревателя с температурой Т₁ = 1000 К? Температура окружающей среды (холодильника) Т₂ = 293 К.

Чтобы принять ванну, необходимо нагреть воду объемом V = 200 л от температуры t₁ = 7 °С до температуры t₂ = 47 °С. Если такое количество теплоты сообщить идеальной тепловой машине, работающей при температуре нагревателя t₂ и температуре холодильника t₁, то с помощью этой машины можно поднять груз массой m = 4,2 • 10 4 кг на высоту Н = 10 м. Определите по этим данным удельную теплоемкость воды. Плотность воды ρ = 10 3 кг/м 3 . Ускорение свободного падения g ≈ 10 м/с 2 .