Изучите теоретические основы темы и выполните задания на листах А... сдать преподавателю после выхода с карантина.

Изучите теоретические основы темы и выполните задания на листах А 4 в клетку,
сдать преподавателю после выхода с карантина.
Материал к уроку «Количество теплоты. Первый закон
термодинамики»
Q - энергия, которую тело теряет или приобретает при передаче тепла.
Формула количества теплоты зависит от протекающего процесса.
Формулы
количества
теплоты
при
процессах:
некоторых
Количество теплоты при нагревании и
охлаждении.
Количество
Количество теплоты при плавлении или кристаллизации.
теплоты
при кипении,
испарении
жидкости
и
конденсации пара.
Количество теплоты при сгорании топлива.
Количество теплоты всегда передается от более горячих тел к более холодным до
достижения ими одинаковой температуры (теплового равновесия),
если нет иных процессов, кроме теплопередачи.
Из истории
Юлиус Роберт фон Майер
Впервые этот закон был сформулирован немецким врачом
и естествоиспытателем Юлиусом Робертом фон Майером. В
качестве судового врача в 1840 г. он прибыл на остров Ява. Во
время лечения больных ему приходилось делать кровопускание. И
вот тут Майер обратил внимание на то, что венозная кровь у
жителей тропиков светлее, чем у европейцев. Она была почти такой же ярко-красной, как
и артериальная кровь. Учёный нашёл объяснение этому факту, предположив, что причина
кроется в разнице температур между теплом собственного организма человека и теплом
окружающей среды. В тропиках высокая температура, и организму требуется
вырабатывать меньше теплоты. Следовательно, он сжигает меньше кислорода. Его в
крови остаётся больше, и кровь переходит из артерий в вены, оставаясь практически
такого же цвета. А в холодном климате организм нуждается в большем количестве тепла.
И чем больше кислорода потребляет организм для этой цели, тем заметнее разница в цвете
артериальной и венозной крови.
Теплоту организм получает, сжигая кислород, то есть, совершая работу. Работа
превращается в теплоту. Обоснование первого закона термодинамики Майер опубликовал
в 1842 г. в своей работе «Замечания о силах неживой природы». Более того, учёный нашёл
и соотношение между количеством работы и количеством теплоты, полученной в
результате этой работы.
Это
же
соотношение,
независимо
от
Майера,
экспериментально
установил английский физик Джеймс Прескотт Джоуль. Результаты оказались такими
же, как и у Майера. В разных экспериментах одно и то же количество работы
превращалось в одно и то же количество тепла, и наоборот.
Первый закон термодинамики
В изолированной физической системе энергия никуда не исчезает. Она лишь
переходит из одной формы в другую. Так утверждает общий закон сохранения энергии.
Он справедлив и для изолированной термодинамической системы. Запас энергии в такой
системе также остаётся постоянным. Работа превращается в теплоту, а теплота - в работу.
В результате различных процессов, происходящих в термодинамической системе,
начальное и конечное состояния системы отличаются. Так как внутренняя энергия
системы U зависит только от её состояния - давления, объёма и температуры (U = U(P, V,
T) ), то изменение энергии ∆U определяется начальным и конечным состоянием системы
и не зависит от того, каким образом она перешла из одного состояния в другое.
∆U = U2 -U1.
Внутреннюю энергию термодинамической системы можно изменить, сообщив ей
некоторое количество теплоты или совершив над ней работу. Математически связь
между количеством теплоты, полученной термодинамической системой, изменением её
внутренней энергии и работой, совершённой за счёт этой теплоты математически
выглядит так:
∆U = Q - A, или Q = ∆U + A,
где ∆U - изменение внутренней энергии системы при сообщении ей теплоты;
Q - количество теплоты, полученное системой при теплопередаче;
A - работа, совершённая системой против внешних сил.
Это и есть математическое выражение первого закона термодинамики.
Теплота, которую получила термодинамическая система, расходуется на
изменение её внутренней энергии и работу, совершённую над внешними телами.
При переходе из начального состояния в конечное термодинамическая система
может получать теплоту различными способами. В технической термодинамике
положительной считают теплоту, получаемую системой, а отрицательной - теплоту,
которую система отдаёт. Общее количество теплоты Q - это алгебраическая сумма всех
количеств теплоты, получаемых или отдаваемых системой.
В отличие от теплоты работа, совершённая системой, не является её
характеристикой. Она зависит от пути перехода системы из начального состояния в
конечное. Поэтому работа характеризует сам процесс перехода.
Частные случаи первого закона термодинамики
Первый закон термодинамики удобно рассматривать на примере изопроцессов для
газа.
При изохорном процессе работа не совершается, так как объём газа остаётся
постоянным (V = const). Поэтому Q = ∆U.
Изотермический процесс в системе происходит при постоянной температуре
(T = const). Следовательно, вся теплота, полученная системой, расходуется на совершение
работы. Так как ∆U=0, то Q = A.
Изобарный процесс происходит при постоянном давлении (P = const).Теплота,
сообщаемая системе, идёт и на изменение внутренней энергии, и на совершение работы.
Q = ∆U + A
Работа, которую газ совершает при расширении или сжатии, равна A = P·∆V.
Отсюда Q = ∆U + P·∆V.
При адиабатическом процессе нет обмена теплотой с внешней средой. Q = 0, А = ∆U. Это означает, что работа совершается за счёт уменьшения
внутренней энергии системы.
Выполните задания:
1.Определите удельную теплоемкость металла, если на нагревание
бруска массой 100 г, сделанного из этого металла, от 200С до 240С
потребовалось 152 Дж теплоты.
2. На сколько градусов нагреется кусок алюминия массой 2 кг, если ему сообщить такое
количество теплоты, какое идет нагревание воды массой 880 г от 00С до 100 0С?
3. При сгорании 0,5 кг топлива выделилось 22 МДж теплоты. Определить удельную
теплоту сгорания этого топлива.
4. Какую работу совершил газ, взятый в количестве двух молей при изобарном
нагревании на 50 градусов Кельвина и как при этом изменилась их внутренняя энергия?