фізика 10 клас 01.04.2020

Tема. Робота термодинамічного процесу

План вивчення нової теми

1.      Обчислення роботи в ізобарному процесі. 2.      Графічне визначення роботи газу.

                                                      3.      Фізичний зміст газової сталої

Опорний конспект

Отже, підсумуємо:

Робота в термодинаміці визначається так:

Універсальна газова стала має значення роботи, яку здійснює один кіломоль газу в процесі ізобарної зміни температури на 1 К.

·         Два способи зміни внутрішньої енергії:

o  шляхом здійснення роботи;

o  шляхом теплопередачі.

1.     Яку роботу здійснює газ під час ізобарного збільшення об'єму від 30 до 50 л? Тиск газу дорівнює 200 кПа.

2.     У циліндрі під тиском 0,2 МПа міститься 2 м³ повітря за температури 10°С. Якою буде виконана робота під час ізобарного нагрівання пові­тря до температури 20°С?

3.     Підготуйте декілька дослідів, які ілюструють зміну внутрішньої енергії газу внаслідок виконання роботи газом або над газом.

      

ДОДАТОК

1.    Обчислення роботи в ізобарному процесі

Уявімо собі, що газ міститься у вертикальному циліндрі, закри­тому рухливим поршнем площею S. Нехай під дією прикладеної зо­внішньої сили F поршень опустився на відстань Ar, стиснувши при цьому газ. Газ стискатиметься доти, доки сила F не зрівноважиться силою, що діє на поршень з боку газу й дорівнює pS, де р — тиск газу (якщо переміщення незначне, то тиск газу можна вважати по­стійним).

Очевидно, робота газу (A_a) при цьому обчислюється в такий спосіб:або

Якщо газ стискався, то— робота газу від'ємна; якщо газ

розширювався, то— робота газу додатна.

Робота зовнішніх сил матиме протилежний знак:

Отже, здійснюючи над газом додатну роботу, зовнішні тіла пе­редають йому частину своєї енергії. У процесі розширення газу, на­впаки, робота зовнішніх сил від'ємна.

2.    Графічне визначення роботи газу

Роботі A_a газу для випадку постійного тиску можна дати просте геометричне тлумачення.

В ізобарному процесі роботу розширення газу можна обчислити на діаграмі p,V як площу прямокутника.

Здійснена газом робота чисельно дорівнює площі під графіком залежності p (V) й у тому випадку, коли тиск газу в результаті про­цесу змінюється. Щоб довести це, необхідно весь процес поділити на досить велику кількість етапів, на кожному з яких зміна тиску незначна.

Якщо газ зі стану 1 переводять у стан 2 різними способами (див. рис.), то очевидно, що різниця енергій U₁ - U₂ та сама, а робота — різна. Робота в термодинаміці залежить від послідовності станів, які проходить тіло від початкового до кінцевого стану.

3. Фізичний зміст газової сталої

Розв'яжемо таку задачу: азот масою 280 г нагріли за постійного тиску на 100 °С. Обчислимо роботу газу в процесі розширення.

, звідки

Тоді -

Підставляючи числові значення, дістаємо: A ~ 8,31 кДж. Якщо прийняти, що m = M, а, то A= R, тобто універсальна газова стала має значення роботи, яку здійснює один кіломоль газу в процесі ізобарної зміни температури на 1К. Таке тлумачення R відповідає раніше встановленому його на­йменуванню: R = 8,31.