СТРУКТУРНО – ЛОГИЧЕСКИЙ БЛОК

«ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ».

Решение простейших задач

С помощью структурно-логических блоков.

Алгоритм.

1. Записываем 1 закон термодинамики.

2. Выясняем: происходит ли теплопередача или совершается работа.

3. Если А=0, то DU=Q

4. Выбираем где холодные, а где горячие тела.

холодные тела горячие тела

DU = Q

DU=c_хm_хDt Q=c_гm_гDt

DU=r_хm_х Q=r_гm_г

DU=qm_х Q=qm_г

DU=l_хm_х Q=l_гm_г

 

5. Выясняем, что происходит с холодными и горячими телами, и выбираем соответствующие формулы, подставляя их вместо DU и Q.

а) Если холодное тело нагревается, а горячее остывает, то:

c_хm_хDt_х=c_гm_гDt_г

б) Если холодное тело плавится, а горячее горит то:

l_хm_х=qm_г

в) Если холодное тело нагревается и испаряется, а горячее кристаллизуется, то:

c_хm_хDt_х+r_хm_х=l_гm_г

г) Если дан коэффициент полезного действия показывающий, какая часть от затраченной энергии является полезной, то его в виде десятичной дроби ставим перед затраченной энергией, перед началом процесса.

 

Например: лёд плавится на керосиновой горелке

l_хm_х=hqm_г

затраченная энергия – энергия, выделяемая керосином, начало процесса: сначала керосин горит, а потом лёд плавится.

6. Если теплопередачи нет, то Q=0

DU = А_мех

DU=cmDt A_мех=FScosa

DU=rm A_мех=mgh

DU=qm A_мех=mύ²/2

DU=lm A_мех=N_мехt

7. Выясняем, что происходит с телом (нагревается, плавится, горит, испаряется) и подбираем формулы, а также выясняем, какая работа совершается и по каким формулам её можно рассчитать.

Например:

1.Лёд, находящийся при температуре 0⁰С падает с некоторой высоты и расплавляется, на расплавление идёт 60% энергии падения.

DU = А_мех

lm=hmgh

2.Лёд, находящийся ниже температуры плавления падает с высоты и расплавляется, на расплавление идёт 60% энергии падения.

DU = А_мех

cmDt+lm=hmgh

3.Из ружья выстреливается пуля вверх на некоторую высоту. КПД выстрела 50%. Порох горит - пуля летит: КПД- перед порохом.

DU = А_мех

hqm_пор=m_пулgh

^{порох пуля}

4.В двигателе мощностью N сгорает топливо, и он совершает работу. КПД двигателя 30%. Топливо горит- двигатель работает. КПД- перед топливом.

DU = А_мех

hqm==N_мехt

После составления уравнения выражается неизвестная величина и после подстановки числовых значений - вычисляется.

Задачи

1) Как изменится температура алюминиевой заготовки массой 2кг, если её облить водой массой 880г. Вода нагрелась на 50^оС?

Дано: mA=2кг mB=0,88кг DtB=50oC DtA=?	DU=Амех+Q A=0 горячий алюминий холодная вода DU = Q cгmгDtг=cхmхDtх Dtг= cхmхDtх/cгmг Dtг=4200x0,88x50/920x2=100oC
Ответ: Алюминиевая заготовка остыла на 100оС.

 

2) Сколько спирта надо сжечь, чтобы изменить температуру воды массой 2кг от 14^оС до 50^оС. КПД горелки 50%.

Дано: mв=2кг t1=14оС t2=50оС h=0,5 mc=?	DU=Амех+Q Амех=0 холодная вода горячий спирт DU = Q cхmхDtх=hlгmг mг= cхmхDtх/hl mг=4200x2(50-14)/27000000x0,5=0,022кг
Ответ: Для нагревания воды от 14оС до 50оС необходимо 0,022 кг спирта.

 

3) Как изменится температура воды у основания водопада высотой 60м (Считать, что только 30% энергии падающей воды идёт на нагревание.)

 

Дано: h=60м h=30% Dt=?	DU=Амех+Q Q=0 cmDt=hmgh Dt=hgh/c Dt=0,3x9,8x60/4200=0,07oC
	Ответ: Температура воды повысится на 0,07оС

 

4) Двигатель внутреннего сгорания мощностью 36кВт за 1 час работы израсходовал 14кг керосина. Определить КПД

 

Дано: N=36кВт=36000Вт m=14кг t=1час.=3600с h=?

DU=Амех+Q Q=0 DU=Амех Nмехt=hqmг h=Nмехt/qmг h=36000х3600/46000000х14=0,2 Ответ: h=0,2

 

5) Железная заготовка, охлаждаясь от 800^оС до 0^оС, растопила лёд массой 3кг, взятый при 0^оС. Какова масса заготовки, если вся энергия, выделенная ею, пошла на плавление льда?

 

Дано: mх=3кг t1=00C t2=800oC mг=?	DU=Амех+Q Амех=0 DU=Q cгmгDtг=lхmх mг=lхmх/cгDtг mг=340000х3/460х(800-0)=2,8кг
Ответ: Масса заготовки 2,8кг.

 

 

Вопросы:

1. Какой природы молекулярное взаимодействие?

2. Начертите график зависимости силы взаимодействия молекул от расстояния между ними.

3. Что называется внутренней энергией тела?

4. Как зависит агрегатное состояние вещества от соотношения кинетической и потенциальной энергии молекул?

5. Как можно изменить внутреннюю энергию?

6. Запишите I закон термодинамики.

7. Как определить изменение внутренней энергии необходимое для испарения тела находящегося при температуре кипения?

8. Как определить изменение внутренней энергии, необходимое для плавления тела, находящегося при температуре плавления?

9. Как определить изменение внутренней энергии, необходимое для нагревания тела?

10. Как определить изменения внутренней энергии при сгорании топлива?

11. Чему равна механическая работа по определению?

12. Вспомните из курса 9-го класса формулы для определения кинетической и потенциальной энергии.

13. Запишите алгоритм решения задач с помощью структурно-логического блока.

 

ЗАДАЧИ

1. В стеклянный стакан массой 0,5 кг при температуре 25°С налили 0,3 кг воды при температуре 100^оС. При какой температуре установится тепловое равновесие?

2. Медное тело, нагретое до 90°С, внесено в воду, масса которой равна массе медного тела. Тепловое равновесие наступило при температуре 40°С. Определите первоначальную температуру воды.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ 2

1. Для ванны необходимо приготовить 400 л воды при темпе­ратуре 30°С. Из горячего крана смесителя идет вода при температуре 80 ^оС, а из холодного — при температуре 5°С. Сколько надо взять горячей воды и холодной воды, чтобы приготовить ванну?

2. В сосуде смешиваются три химически не взаимодейст­вующие жидкости, имеющие массы 1,5 кг, 12 кг, 7 кг; температуры: 6°С, -40°С, 60°С и удельные теплоемкости 3 кДж/кг×К, 4 кДж/кг×К, 5 кДж/кг×К. Найти температуру смеси и количество теплоты, необходимое для последую­щего нагревания смеси до 50°С.

3. Определить, какое количество свинца, взятого при 0°С, можно расплавить за счет теплоты, полученной при сгора­нии 2 кг нефти, если КПД нагревателя 80%.

4. В воду массой 2 кг положили лед, температура которого 0°С. Начальная температура воды 50°С. Сколько нужно взять льда, чтобы он весь растаял?

5. Кусок льда массой 4 кг при температуре -30°С опустили в воду, имеющую температуру 60°С. Масса воды 15 кг. Какую температуру будет иметь вода, когда весь лед растает?

6. Двигатель мотороллера развивает мощность 5 кВт при скорости 58 км/ ч. Сколько километров пройдет моторол­лер, расходуя 8 л бензина, если КПД двигателя 20%?

7. Автомобиль движется со скоростью 72 км/ч. Мощность двигателя 700 кВт, его КПД равен 40%. Определить расход бензина на 1 км пути.

 

 

ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ.

Любое вещество может находиться в твердом, жидком и га­зообразном состоянии. Для газа W_п << W_k , промежут­ки между молекулами r >> r₀ , размера молекул,а силы молекулярного взаимодей­ствия пренебрежимо малы. Молекулы обладают большими скоро­стями поступательного движения. Для простоты не будем учиты­вать размеры молекул газа, т.е. представим газ как множество материальных точек, между которыми отсутствуют силы молеку­лярного взаимодействия. Двигаясь хаотически, молекулы сталки­ваются друг с другом как упругие шарики. Такой газ называют идеальным.

Идеальный газ – модель реального газа.

1. Молекулы – материальные точки.

2. Молекулы не взаимодействуют.

3. Молекулы сталкиваются абсолютно-упруго.

Движение молекул между двумя последующими стол­кновениями можно считать равномерным и прямолинейным. Внутренняя энергия такого газа будет определяться только кине­тической энергией его молекул

U =åW_k.

Энергия взаимодействия молекул идеального газа принимает­ся за ноль, поскольку r >> r_{0 .} Для отдельной молекулы кинети­ческая энергия находится по формуле Wk=mυ²/2,- где υ- скорость движения молекулы.