--> Ðàáîòà â òåðìîäèíàìèêå. Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 13. Îñíîâû òåðìîäèíàìèêè

 


§ 74. Ðàáîòà â òåðìîäèíàìèêå

    Â ðåçóëüòàòå êàêèõ ïðîöåññîâ ìîæåò èçìåíÿòüñÿ âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ?

    Êàê îïðåäåëÿåòñÿ ðàáîòà â ìåõàíèêå?

Ðàáîòà â ìåõàíèêå è òåðìîäèíàìèêå.  ìåõàíèêå ðàáîòà îïðåäåëÿåòñÿ êàê ïðîèçâåäåíèå ìîäóëÿ ñèëû, ìîäóëÿ ïåðåìåùåíèÿ òî÷êè å¸ ïðèëîæåíèÿ è êîñèíóñà óãëà ìåæäó âåêòîðàìè ñèëû è ïåðåìåùåíèÿ. Ïðè äåéñòâèè ñèëû íà äâèæóùååñÿ òåëî ðàáîòà ýòîé ñèëû ðàâíà èçìåíåíèþ åãî êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè.

Ðàáîòà â òåðìîäèíàìèêå îïðåäåëÿåòñÿ òàê æå, êàê è â ìåõàíèêå, íî îíà ðàâíà íå èçìåíåíèþ êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè òåëà, à èçìåíåíèþ åãî âíóòðåííåé ýíåðãèè.

Èçìåíåíèå âíóòðåííåé ýíåðãèè ïðè ñîâåðøåíèè ðàáîòû. Ïî÷åìó ïðè ñæàòèè èëè ðàñøèðåíèè òåëà ìåíÿåòñÿ åãî âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ? Ïî÷åìó, â ÷àñòíîñòè, íàãðåâàåòñÿ âîçäóõ ïðè íàêà÷èâàíèè âåëîñèïåäíîé øèíû?

Ïðè÷èíà èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû ãàçà â ïðîöåññå åãî ñæàòèÿ ñîñòîèò â ñëåäóþùåì:

Âàæíî
ïðè óïðóãèõ ñîóäàðåíèÿõ ìîëåêóë ãàçà ñ äâèæóùèìñÿ ïîðøíåì èçìåíÿåòñÿ èõ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ.

Ïîíàáëþäàéòå çà èçìåíåíèåì òåìïåðàòóðû íàñîñà ïðè íàêà÷èâàíèè âåëîñèïåäíîé êàìåðû.

Ïðè ñæàòèè èëè ðàñøèðåíèè ìåíÿåòñÿ è ñðåäíÿÿ ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ âçàèìîäåéñòâèÿ ìîëåêóë, òàê êàê ïðè ýòîì ìåíÿåòñÿ ñðåäíåå ðàññòîÿíèå ìåæäó ìîëåêóëàìè.

Òàê, ïðè äâèæåíèè íàâñòðå÷ó ìîëåêóëàì ãàçà ïîðøåíü âî âðåìÿ ñòîëêíîâåíèé ïåðåäà¸ò èì ÷àñòü ñâîåé ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè, â ðåçóëüòàòå ÷åãî óâåëè÷èâàåòñÿ âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ ãàçà è îí íàãðåâàåòñÿ. Ïîðøåíü äåéñòâóåò ïîäîáíî ôóòáîëèñòó, âñòðå÷àþùåìó ëåòÿùèé íà íåãî ìÿ÷ óäàðîì íîãè. Íîãà ôóòáîëèñòà ñîîáùàåò ìÿ÷ó ñêîðîñòü, çíà÷èòåëüíî áîëüøóþ òîé, êîòîðîé îí îáëàäàë äî óäàðà.

È íàîáîðîò, åñëè ãàç ðàñøèðÿåòñÿ, òî ïîñëå ñòîëêíîâåíèÿ ñ óäàëÿþùèìñÿ ïîðøíåì ñêîðîñòè ìîëåêóë óìåíüøàþòñÿ, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ãàç îõëàæäàåòñÿ. Òàê æå äåéñòâóåò è ôóòáîëèñò, äëÿ òîãî ÷òîáû óìåíüøèòü ñêîðîñòü ëåòÿùåãî ìÿ÷à èëè îñòàíîâèòü åãî, — íîãà ôóòáîëèñòà äâèæåòñÿ îò ìÿ÷à, êàê áû óñòóïàÿ åìó äîðîãó.

Âû÷èñëåíèå ðàáîòû

Âû÷èñëèì ðàáîòó ñèëû , äåéñòâóþùåé íà ãàç ñî ñòîðîíû âíåøíåãî òåëà (ïîðøíÿ), â çàâèñèìîñòè îò èçìåíåíèÿ îáú¸ìà íà ïðèìåðå ãàçà â öèëèíäðå ïîä ïîðøíåì (ðèñ. 13.1), ïðè ýòîì äàâëåíèå ãàçà ïîääåðæèâàåòñÿ ïîñòîÿííûì. Ñíà÷àëà âû÷èñëèì ðàáîòó, êîòîðóþ ñîâåðøàåò ñèëà äàâëåíèÿ ãàçà, äåéñòâóÿ íà ïîðøåíü ñ ñèëîé '. Åñëè ïîðøåíü ïîäíèìàåòñÿ ìåäëåííî è ðàâíîìåðíî, òî, ñîãëàñíî òðåòüåìó çàêîíó Íüþòîíà, = '.  ýòîì ñëó÷àå ãàç ðàñøèðÿåòñÿ èçîáàðíî.

Îáúÿñíèòå, ïî÷åìó ïðîöåññ ðàñøèðåíèÿ ãàçà äîëæåí ïðîèñõîäèòü î÷åíü ìåäëåííî.

Ìîäóëü ñèëû, äåéñòâóþùåé ñî ñòîðîíû ãàçà íà ïîðøåíü, ðàâåí F' = pS, ãäå ð — äàâëåíèå ãàçà, à S — ïëîùàäü ïîâåðõíîñòè ïîðøíÿ. Ïðè ïîäú¸ìå ïîðøíÿ íà ìàëîå ðàññòîÿíèå Δh = h2 - h1 ðàáîòà ãàçà ðàâíà:

À' = F'Δh = pS(h2 - h1) = p(Sh2 - Sh1).                     (13.2)

Íà÷àëüíûé îáú¸ì, çàíèìàåìûé ãàçîì, V1 = Sh1, à êîíå÷íûé V2 = Sh2. Ïîýòîìó ìîæíî âûðàçèòü ðàáîòó ãàçà ÷åðåç èçìåíåíèå îáú¸ìà ΔV = (V2 - V1):

À' = p(V2 - V1) = pΔV > 0.                     (13.3)

Ïðè ðàñøèðåíèè ãàç ñîâåðøàåò ïîëîæèòåëüíóþ ðàáîòó, òàê êàê íàïðàâëåíèå ñèëû è íàïðàâëåíèå ïåðåìåùåíèÿ ïîðøíÿ ñîâïàäàþò.

Åñëè ãàç ñæèìàåòñÿ, òî ôîðìóëà (13.3) äëÿ ðàáîòû ãàçà îñòà¸òñÿ ñïðàâåäëèâîé. Íî òåïåðü V2 < V1, è ïîýòîìó À < 0.

Ðàáîòà À, ñîâåðøàåìàÿ âíåøíèìè òåëàìè íàä ãàçîì, îòëè÷àåòñÿ îò ðàáîòû À' ñàìîãî ãàçà òîëüêî çíàêîì:

À = -À' = -pΔV.                     (13.4)

Îáñóäèòå ñ îäíîêëàññíèêàìè ñïðàâåäëèâîñòü ôîðìóëû (13.4). Ìîæåò ëè ðàáîòà âíåøíèõ ñèë áûòü áîëüøå èëè ìåíüøå ðàáîòû ñèëû äàâëåíèÿ ÷ ãàçà?

Ïðè ñæàòèè ãàçà, êîãäà ΔV = V2 - V1 < 0, ðàáîòà âíåøíåé ñèëû îêàçûâàåòñÿ ïîëîæèòåëüíîé. Òàê è äîëæíî áûòü: ïðè ñæàòèè ãàçà íàïðàâëåíèÿ ñèëû è ïåðåìåùåíèÿ òî÷êè å¸ ïðèëîæåíèÿ ñîâïàäàþò.

Åñëè äàâëåíèå íå ïîääåðæèâàòü ïîñòîÿííûì, òî ïðè ðàñøèðåíèè ãàç òåðÿåò ýíåðãèþ è ïåðåäà¸ò å¸ îêðóæàþùèì òåëàì: ïîäíèìàþùåìóñÿ ïîðøíþ, âîçäóõó è ò. ä. Ãàç ïðè ýòîì îõëàæäàåòñÿ. Ïðè ñæàòèè ãàçà, íàîáîðîò, âíåøíèå òåëà ïåðåäàþò åìó ýíåðãèþ è ãàç íàãðåâàåòñÿ.

Ãðàôèê çàâèñèìîñòè äàâëåíèÿ ãàçà îò çàíèìàåìîãî èì îáú¸ìà

Ãåîìåòðè÷åñêîå èñòîëêîâàíèå ðàáîòû. Ðàáîòå À' ãàçà äëÿ ñëó÷àÿ ïîñòîÿííîãî äàâëåíèÿ ìîæíî äàòü ïðîñòîå ãåîìåòðè÷åñêîå èñòîëêîâàíèå.

Ïðè ïîñòîÿííîì äàâëåíèè ãðàôèê çàâèñèìîñòè äàâëåíèÿ ãàçà îò çàíèìàåìîãî èì îáú¸ìà — ïðÿìàÿ, ïàðàëëåëüíàÿ îñè àáñöèññ (ðèñ. 13.2). Î÷åâèäíî, ÷òî ïëîùàäü ïðÿìîóãîëüíèêà abdc, îãðàíè÷åííàÿ ãðàôèêîì ðõ = const, îñüþ V è îòðåçêàìè àb è cd, ðàâíûìè äàâëåíèþ ãàçà, ÷èñëåííî ðàâíà ðàáîòå, îïðåäåëÿåìîé ôîðìóëîé (13.3):

À' = p1(V2 - V2) = |ab| • |àñ|.

Ïðè èçîòåðìè÷åñêîì ïðîöåññå îíî óáûâàåò îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî îáú¸ìó

 îáùåì ñëó÷àå äàâëåíèå ãàçà íå îñòà¸òñÿ íåèçìåííûì. Íàïðèìåð, ïðè èçîòåðìè÷åñêîì ïðîöåññå îíî óáûâàåò îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî îáú¸ìó (ðèñ. 13.3).  ýòîì ñëó÷àå äëÿ âû÷èñëåíèÿ ðàáîòû íóæíî ðàçäåëèòü îáùåå èçìåíåíèå îáú¸ìà íà ìàëûå ÷àñòè è âû÷èñëèòü ýëåìåíòàðíûå (ìàëûå) ðàáîòû, à ïîòîì âñå èõ ñëîæèòü. Ðàáîòà ãàçà ïî-ïðåæíåìó ÷èñëåííî ðàâíà ïëîùàäè ôèãóðû, îãðàíè÷åííîé ãðàôèêîì çàâèñèìîñòè ð îò V, îñüþ V è îòðåçêàìè àb è cd, äëèíà êîòîðûõ ÷èñëåííî ðàâíà äàâëåíèÿì p1 ð2 â íà÷àëüíîì è êîíå÷íîì ñîñòîÿíèÿõ ãàçà.

Îáúÿñíèòå íàãðåâàíèå è îõëàæäå- íèå ãàçà ïðè èçìåíåíèè åãî îáú¸ìà ïðè ïîñòîÿííîì äàâëåíèè ñ òî÷êè çðåíèÿ ÌÊÒ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà äëÿ ïîèñêà èíôîðìàöèè ïî òåìå ïàðàãðàôà.
Ðàáîòà ãàçà ïðè ðàçëè÷íûõ ïðîöåññàõ

Âîïðîñû ê ïàðàãðàôó

    1. Ïî÷åìó ãàçû ïðè ñæàòèè íàãðåâàþòñÿ?

    2. Ïîëîæèòåëüíóþ èëè îòðèöàòåëüíóþ ðàáîòó ñîâåðøàþò âíåøíèå ñèëû ïðè èçîòåðìè÷åñêîì ïðîöåññå, èçîáðàæ¸ííîì íà ðèñóíêå 13.3?

Îáðàçöû çàäàíèé ÅÃÝ

A1. Îáú¸ì ãàçà, ðàñøèðÿþùåãîñÿ ïðè ïîñòîÿííîì äàâëåíèè 100 êÏà, óâåëè÷èëñÿ íà 2 ë. Ðàáîòà, ñîâåðø¸ííàÿ ãàçîì â ýòîì ïðîöåññå, ðàâíà

1) 2000 Äæ       2) 20 000 Äæ       3) 200 Äæ       4) 50 ÌÄæ

A2. Êàêàÿ ðàáîòà áûëà ñîâåðøåíà ïðè èçîáàðíîì ñæàòèè âîäîðîäà, âçÿòîãî â êîëè÷åñòâå 6 ìîëü, åñëè åãî òåìïåðàòóðà èçìåíèëàñü íà 50 Ê?

1) 1 Äæ       2) 69,25 Äæ       3) 138,5 Äæ       4) 2493 Äæ

 

A3.Êàêàÿ ðàáîòà ñîâåðøàåòñÿ ãàçîì ïðè ïåðåõîäå åãî èç ñîñòîÿíèÿ 1 â ñîñòîÿíèå 2 (ñì. ðèñ.)?

1) 8 êÄæ       3) 8 Äæ
2) 12 êÄæ       4) 6 Äæ

A4. Êàêóþ ðàáîòó ñîâåðøàåò ãàç ïðè ïåðåõîäå èç ñîñòîÿíèÿ 1 â ñîñòîÿíèå 3 (ñì. ðèñ.)?

1) 10 êÄæ       3) 30 êÄæ
2) 20 êÄæ       4) 40 êÄæ

A5.Êàêóþ ðàáîòó ñîâåðøèë îäíîàòîìíûé ãàç â ïðîöåññå, èçîáðàæ¸ííîì íà ðèñóíêå â êîîðäèíàòàõ ð, V?

1) 2,5 êÄæ       3) 3 êÄæ
2) 1,5 êÄæ       4) 4 êÄæ

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru



Ñîäåðæàíèå

!-- Step 2 - Decide on the place where you want to place the video -->
. Âàæíî, ÷òîáû ñêðèïò áûë ïîñëå áëîêà. Íàïðèìåð, ìîæíî ðàçìåñòèòü ïåðåä òåãîì -->