|
|
Внутренняя энергия и теплообмен12 Содержание 1 Цель работы 2 2 Порядок выполнения работы 2 3 Содержание отчета 6 4 Контрольные вопросы 6 5 Литература 7 Приложение А. Теоретические положения 8 Приложение Б. Примеры решения задач 11 Приложение В. 14
1.1 Проверить сфирмированность знаний о способах изменения внутренней энергии идеального газа; о фазовых переходах веществ; о I и II началах термодинамики; о тепловых двигателях. 1.2 Применить на практике основные формулы термодинамики. 1.3 Применить полученные знания при построении графиков процессов нагревания и охлаждения, кипения и конденсации, плавления и отвердевания вещества.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 2.1 Задание 1: решить задачи по вариантам. Вариант 1 1. Удельная теплоемкость воды равна 2. Температура холодильника идеального теплового двигателя равна 270С, а температура нагревателя на 900С больше. Каков к.п.д. этого двигателя? 3. Тело из алюминия, нагретое до 5200С положили на лед, находящийся при 273К. Определить массу алюминиевого тела, если растаяло 26 кг льда. Построить график Q(T).
Вариант 2 1. Температура нагревателя идеального теплового двигателя равна 1270С, а температура холодильника 70С . Количество теплоты, получаемое двигателем ежесекундно от нагревателя, равно 50 кДж. Какое количество отдается холодильнику ежесекундно. 2. Удельная теплоемкость воды равна 3. В воду массой 40кг при температуре 300С впускают пар массой 0,2 кг при 1000С. До какой температуры нагреется вода? Вариант 3 1. При передаче газу количества теплоты 300 Дж его внутренняя энергия уменьшилась на 100Дж. Какую работу совершил газ? 2. Удельная теплоемкость масла в 3 раза больше удельной теплоемкости стали. При закалке стальную деталь массой 0,2кг опустили в масло, взятое при 100С в количестве 2кг. До какой температуры была нагрета деталь, если температура масла увеличилась до 350С? 3. Даны графики нагревания двух тел с одинаковой массой m = 3кг. Определить удельные теплоемкости этих тел. Вариант 4 1. 2. Удельная теплоемкость воды равна 3. Смешали 4кг воды при 300С и 1кг воды при 700С. Найти температуру смеси. Вариант 5 1. К.п.д. теплового двигателя равен 40%. Во сколько раз количество теплоты, полученное двигателем от нагревателя, больше количества теплоты, отданной холодильнику? 2. Удельная теплота плавления свинца
3. Вариант 6 1. В идеальном тепловом двигателе за счет каждого килоджоуля энергии, полученной от нагревателя, совершается работа 300Дж. Определите температуру нагревателя, если температура холодильника 70С. 2. Удельная теплоемкость воды 3. Сколько керосина надо сжечь, чтобы 15кг воды при 200С нагреть до 1000С и вскипятить? К.п.д. нагревателя 35%, Вариант 7 1. В идеальном тепловом двигателе из каждого килоджоуля теплоты, полученной от нагревателя, 700Дж отдается холодильнику. Определите температуру холодильника, если температура нагревателя 2270С. 2. Для приготовления ванны емкостью 250л смешали холодную воду при 100С с горячей при 600С . сколько литров горячей воды необходимо налить, чтобы в ванне установилась температура 400С ? 3. В сосуд из латуни массой 0,1кг с 0,2кг воды при 100С положили железное тело массой 0,3кг нагретое до 1000С. Определить конечную температуру тела. Построить график Q(T). Вариант 8 1. 2 грамма гелия, расширяясь адиабатически, совершили работу 300Дж. Молярная масса гелия 2. Смешали две жидкости одинаковой массы с одинаковыми удельными теплоемкостями, но разной температуры. Температура первой жидкости 400С , а второй в 2 раза меньше. Определить температуру образовавшейся смеси. 3. 4 кг льда, взятого при -100С превращают в пар при 1000С спиртовкой с к.п.д. 10%. Определить массу спирта, который сгорает в спиртовке. Построить график Q(T). Вариант 9 1. Определить работу, совершаемую идеальной тепловой машиной, имеющей к.п.д. 70% и отдающей за один цикл холодильнику 300Дж теплоты. 2. В калориметр с теплоемкостью 3. Сколько стали, взятой при 200С, можно расплавить в печи с к.п.д. 50%, сжигая 0,2 тонны каменного угля. Вариант 10 1. Определить температуру холодильника, если газ в идеальной тепловой машине отдает холодильнику 60% теплоты, полученной от нагревателя, а температура нагревателя 500К. 2. Какая работа совершается при нагревании 160г кислорода 3. Чтобы нагреть 3кг воды от 50С до 1000С, сожгли 0,1кг керосина. Определить к.п.д. нагревателя. 2.2 Задание 2: заполнить таблицу 1. Таблица 1
Содержание отчета 3.1 Цель работы 3.2 Порядок выполнения работы 3.3 Вывод по работе 3.4 Ответы на контрольные вопросы
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 4.1Какое из приведенных тел обладает большей внутренней энергией? а) 1л воды при 1000С или 1л воды при 200С б) Сжатый воздух в баллоне или тот же воздух, выпущенный из баллона. 4.2 В каком из перечисленных процессов меняется внутренняя энергия тел? а) Тело нагревают б) Мяч падает в) Мяч катится по гладкой горизонтальной поверхности г) Пластинку сгибают 4.3 в каком из перечисленных явлений меняется механическая энергия? а) Самолет летит на одной и той же высоте, не изменяя скорости б) Шарик падает со стола в) Подъемный кран поднимает груз г) В чайнике нагревают воду 4.4 Какая энергия внутренняя или механическая изменяется в каждом процессе? а) Утюг охлаждается б) Вода падает с некоторой высоты в) газ расширяется г) Самолет набирает высоту 4.5Внутренняя энергия идеального газа: а) Является функцией только температуры б) Является функцией только объема в) Является функцией температуры и объема г) Не зависит ни от температуры, ни от объема 4.6 В процессе кристаллизации твердого тела средняя скорость движения молекул не увеличивается, а изменяется их взаимное расположение. Происходит ли при кристаллизации изменение внутренней энергии тела? а) Внутренняя энергия тела не изменяется б) Внутренняя энергия тела увеличивается в) Внутренняя энергия тела уменьшается г) Внутренняя энергия тела иногда увеличивается, иногда уменьшается 4.7 В процессе конденсации пара средняя скорость движения молекул не увеличивается, а изменяется их взаимное расположение. Происходит ли при конденсации изменение внутренней энергии пара ? а) Внутренняя энергия тела не изменяется б) Внутренняя энергия тела увеличивается в) Внутренняя энергия тела уменьшается г) Внутренняя энергия тела иногда увеличивается, иногда уменьшается
ЛИТЕРАТУРА 5.1 Дмитриева В.Ф. Физика. Учеб. для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования – М. Издательский центр «Академия» 2005 г. 5.2 Самойленко П.И. Физика. Учеб. для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования – М.; Издательский центр «Академия» 2003 г. 5.1 Жданов Л.С. Учебник по физике, “Наука”, М., 1984 г.
Теоретические положения Внутренняя энергия и теплообмен Внутренняя энергия, вообще говоря, зависит от T и V: Для идеального газа внутренняя энергия зависит только от температуры. Если из некоторого состояния система переходит в другое, то приращение внутренней энергии определяется только начальным и конечным состояниями (индексы 1 и 2 относятся к начальному и конечному состояниям, соответственно). Количество теплоты, которое необходимо сообщить телу массой m для изменения температуры последнего от t1 до t2,пропорционально как массе тела, так и приращению температуры Коэффициент в последней формуле называется удельной теплоемкостью (вещества, из которого состоит тело). Изменение агрегатного состояния тела (фазовый переход) требует передачи ему (телу) определенного количества теплоты, пропорционального массе. Например, при плавлении где λ называется удельной теплотой плавления, и (где r – удельная теплота парообразования) – при парообразовании. Плавление и парообразование (т.е. изменение агрегатных состояний) происходят при вполне определенных и остающихся постоянными в процессе фазового перехода температурах (соответственно плавления и парообразования). Если система тел (в частности, одно тело) не может обмениваться энергией с окружающими телами (которые считаются внешними по отношению к системе), то она (система) называется теплоизолированной. В этом случае где Q1 – количество теплоты, полученное (или отданное), в соответствии со знаком, i-тым телом в процессе происходящего (между телами изолированной системы) теплообмена. Соотношение (А.6), называемое уравнением теплового баланса, есть утверждение о том, что полная внутренняя энергия системы, тела которой не совершают работы, сохраняется. Действительно при этом И равенство (А.6) эквивалентно утверждению 
12 Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ
. Когда в стакан с теплой водой массой 200 грамм при 750С опустили ложку, имевшую температуру 100С, температура воды понизилась до 700С. Определить теплоемкость ложки (теплоемкостью стакана пренебречь).
, а удельная теплота плавления льда 
. Для охлаждения воды от температуры 278К до 273К холодильник работал 210с. Сколько времени в минутах холодильник должен еще работать, чтобы всю эту воду превратить в пар.
. Построить график Q(T).
К.п.д. идеального теплового двигателя 30%. Определить температуру нагревателя, если температура холодильника равна 70С.
, а удельная теплота парообразования 
. В кастрюлю налили холодной воды при 90С и поставили на плиту, не накрывая крышкой. Через сколько времени (в минутах) после начала кипения полностью испарится вода, если вода закипела через 10 минут.
. Построить график Q(T).
, его удельная теплоемкость 
, а температура 600К. Какое количество теплоты необходимо сообщить куску свинца массой 1кг, имевшего температуру 270С, чтобы его наполовину расплавить?
Сколько льда, взятого при 150С можно превратить в воду при температуре 700С, если впустить 2кг пара при 1000С? 
. Построить график Q(T).
. Для измерения температуры воды массой 10г используют термометр, который показал температуру воздуха в помещении, равную 200С, а после погружения в воду показал 410С. Чему была равна действительная температура воды, если теплоемкость термометра 
.
. Определить изменение температуры гелия в этом процессе.
было налито 250г масла при 120С . После опускания в масло медного тела массой 500г при 1000С общая температура установилась 330С. Какова удельная теплоемкость масла? Построить график Q(T). 
() на 20К при постоянном давлении. 
Процесс
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(А.1)
(А.2)
(А.3)
(А.4)
(А.5)
(А.6)
(А.7)
(А.8)