PPt4Web Хостинг презентаций

Главная / Физика / Энергия
X Код для использования на сайте:

Скопируйте этот код и вставьте его на свой сайт

X

Чтобы скачать данную презентацию, порекомендуйте, пожалуйста, её своим друзьям в любой соц. сети.

После чего скачивание начнётся автоматически!

Кнопки:

Презентация на тему: Энергия


Скачать эту презентацию

Презентация на тему: Энергия


Скачать эту презентацию



№ слайда 1 Сегодня * 900igr.net
Описание слайда:

Сегодня * 900igr.net

№ слайда 2 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА ТЕРМОДИНАМИКА Т П У Доцент кафедры Общей физики Кузнецов Сер
Описание слайда:

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА ТЕРМОДИНАМИКА Т П У Доцент кафедры Общей физики Кузнецов Сергей Иванович Сегодня *

№ слайда 3 Тема 4 ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ
Описание слайда:

Тема 4 ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

№ слайда 4 4.1. Внутренняя энергия. Работа и теплота Наряду с механической энергией любое т
Описание слайда:

4.1. Внутренняя энергия. Работа и теплота Наряду с механической энергией любое тело (или система) обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия – энергия покоя. Она складывается из - теплового хаотического движения молекул, - потенциальной энергии их взаимного расположения, - кинетической и потенциальной энергии электронов в атомах, нуклонов в ядрах и так далее.

№ слайда 5 В термодинамических процессах изменяется только кинетическая энергия движущихся
Описание слайда:

В термодинамических процессах изменяется только кинетическая энергия движущихся молекул (тепловой энергии недостаточно, чтобы изменить строение атома, а тем более ядра). Следовательно, фактически под внутренней энергией в термодинамике подразумевают энергию теплового хаотического движения молекул. В термодинамике важно знать не абсолютное значение внутренней энергии, а её изменение.

№ слайда 6 Внутренняя энергия U одного моля идеального газа равна: или Таким образом, внутр
Описание слайда:

Внутренняя энергия U одного моля идеального газа равна: или Таким образом, внутренняя энергия зависит только от температуры. Внутренняя энергия U является функцией состояния системы независимо от предыстории

№ слайда 7 Понятно, что в общем случае термодинамическая система может обладать как внутрен
Описание слайда:

Понятно, что в общем случае термодинамическая система может обладать как внутренней, так и механической энергией и разные системы могут обмениваться этими видами энергии. Обмен механической энергией характеризуется совершённой работой А, а обмен внутренней энергией – количеством переданного тепла Q.

№ слайда 8 Например, зимой вы бросили в снег горячий камень. За счёт запаса потенциальной э
Описание слайда:

Например, зимой вы бросили в снег горячий камень. За счёт запаса потенциальной энергии совершена механическая работа по смятию снега, а за счёт запаса внутренней энергии снег был растоплен. Если же камень был холодный, т.е. температура камня равна температуре среды, то будет совершена только работа, но не будет обмена внутренней энергией.

№ слайда 9 Итак, работа и теплота не есть особые формы энергии. Нельзя говорить о запасе те
Описание слайда:

Итак, работа и теплота не есть особые формы энергии. Нельзя говорить о запасе теплоты или работы. Это мера переданной другой системе механической или внутренней энергии. О запасе этих энергий можно говорить. Механическая энергия может переходить в тепловую энергию и обратно. Например, если стучать молотком по наковальне, то через некоторое время молоток и наковальня нагреются (пример диссипации энергии)

№ слайда 10 Можно найти ещё массу примеров диссипации или превращения одной формы энергии в
Описание слайда:

Можно найти ещё массу примеров диссипации или превращения одной формы энергии в другую. Опыт показывает, что во всех случаях, превращение механической энергии в тепловую и обратно совершается всегда в строго эквивалентных количествах. В этом и состоит суть первого начала термодинамики, следующая из закона сохранения энергии.

№ слайда 11 Количество теплоты, сообщаемой телу, идёт на увеличение внутренней энергии и на
Описание слайда:

Количество теплоты, сообщаемой телу, идёт на увеличение внутренней энергии и на совершение телом работы: (4.1.1) – это и есть первое начало термодинамики или закон сохранения энергии в термодинамике.

№ слайда 12 Правило знаков: если тепло передаётся от окружающей среды данной системе, и если
Описание слайда:

Правило знаков: если тепло передаётся от окружающей среды данной системе, и если система производит работу над окружающими телами, при этом . Учитывая правило знаков, первое начало термодинамики можно записать в виде: – изменение внутренней энергии тела равно разности сообщаемой телу теплоты и произведённой телом работы.

№ слайда 13
Описание слайда:

№ слайда 14 Закон сохранения энергии для малого изменения состояния системы будет иметь вид:
Описание слайда:

Закон сохранения энергии для малого изменения состояния системы будет иметь вид: (4.1.2) U – функция состояния системы; dU – её полный дифференциал, а δQ и δА таковыми не являются.

№ слайда 15 В каждом состоянии система обладает определенным и только таким значением внутре
Описание слайда:

В каждом состоянии система обладает определенным и только таким значением внутренней энергии, поэтому можно записать Так как U – функция состояния, то Этот справедливо для любой функции состояния.

№ слайда 16 Теплота Q и работа А зависят от того, каким образом совершен переход из состояни
Описание слайда:

Теплота Q и работа А зависят от того, каким образом совершен переход из состояния 1 в состояние 2 (изохорически, адиабатически), а внутренняя энергия U не зависит. При этом нельзя сказать, что система, обладает определенным для данного состояния значением теплоты и работы. Количество теплоты Q выражается в тех же единицах, что работа и энергия, т.е. в джоулях [Q] = Дж.

№ слайда 17 Особое значение в термодинамике имеют круговые или циклические процессы, при кот
Описание слайда:

Особое значение в термодинамике имеют круговые или циклические процессы, при которых система, пройдя ряд состояний, возвращается в исходное.

№ слайда 18 Если то согласно первому началу термодинамики т.е. нельзя построить периодически
Описание слайда:

Если то согласно первому началу термодинамики т.е. нельзя построить периодически действующий двигатель, который совершал бы бóльшую работу, чем количество сообщенной ему извне энергии. Иными словами, вечный двигатель первого рода невозможен. Это одна из формулировок первого начала термодинамики.

№ слайда 19 К недостаткам первого начала следует отнести то, что: первое начало термодинамик
Описание слайда:

К недостаткам первого начала следует отнести то, что: первое начало термодинамики не указывает, в каком направлении идут процессы изменения состояния.

№ слайда 20 4.2. Теплоёмкость идеального газа. Теплоёмкость тела характеризуется количеством
Описание слайда:

4.2. Теплоёмкость идеального газа. Теплоёмкость тела характеризуется количеством теплоты, необходимой для нагревания этого тела на один градус (4.2.1) Размерность теплоемкости: [C] = Дж/К. Теплоёмкость – величина неопределённая, поэтому пользуются понятиями удельной и молярной теплоёмкости.

№ слайда 21 Удельная теплоёмкость Суд – есть количество теплоты, необходимое для нагревания
Описание слайда:

Удельная теплоёмкость Суд – есть количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы вещества на 1 градус [Cуд] = Дж/К. Для газов удобно пользоваться молярной теплоемкостью Сμ количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кмоля газа на 1 градус (4.2.2) [Cμ] = Дж/(моль К).

№ слайда 22 Молярная масса – масса одного моля: где А – атомная масса; mед атомная единица м
Описание слайда:

Молярная масса – масса одного моля: где А – атомная масса; mед атомная единица массы; NА число Авогадро Моль μ – количество вещества, в котором содержится число молекул, равное числу атомов в 12 г изотопа углерода 12С.

№ слайда 23 Теплоёмкость термодинамической системы зависит от того, как изменяется состояние
Описание слайда:

Теплоёмкость термодинамической системы зависит от того, как изменяется состояние системы при нагревании. Если газ нагревать при постоянном объёме, то всё подводимое тепло идёт на нагревание газа, то есть изменение его внутренней энергии. Теплоёмкость при постоянном объёме СV

№ слайда 24 СР – теплоемкость при постоянном давлении. Если нагревать газ при постоянном дав
Описание слайда:

СР – теплоемкость при постоянном давлении. Если нагревать газ при постоянном давлении Р в сосуде с поршнем, то поршень поднимется на некоторую высоту h, то есть газ совершит работу.

№ слайда 25
Описание слайда:

№ слайда 26 Следовательно, проводимое тепло затрачивается и на нагревание и на совершение ра
Описание слайда:

Следовательно, проводимое тепло затрачивается и на нагревание и на совершение работы. Отсюда ясно, что Итак, проводимое тепло и теплоёмкость зависят от того, каким путём осуществляется передача тепла. Следовательно Q и С не являются функциями состояния. Величины СР и СV оказываются связанными простыми соотношениями. Найдём их.

№ слайда 27 Пусть мы нагреваем один моль идеального газа при постоянном объёме. Тогда, перво
Описание слайда:

Пусть мы нагреваем один моль идеального газа при постоянном объёме. Тогда, первое начало термодинамики, запишем в виде: (4.2.3) т.е. бесконечно малое приращение количества теплоты , равно приращению внутренней энергии dU. Теплоемкость при постоянном объёме будет равна:

№ слайда 28 В общем случае (4.2.4) так как U может зависеть не только от температуры. В случ
Описание слайда:

В общем случае (4.2.4) так как U может зависеть не только от температуры. В случае идеального газа справедлива формула Из этого следует, что

№ слайда 29 Внутренняя энергия идеального газа является только функцией температуры (и не за
Описание слайда:

Внутренняя энергия идеального газа является только функцией температуры (и не зависит от V, Р и тому подобным), поэтому формула справедлива для любого процесса. Для произвольной массы идеального газа: (4.2.6)

№ слайда 30 При изобарическом процессе кроме увеличения внутренней энергии происходит соверш
Описание слайда:

При изобарическом процессе кроме увеличения внутренней энергии происходит совершение работы газом: (4.2.7) Из основного уравнения молекулярно-кинетической теории При изобарическом процессе Р = const. Тогда получим: (4.2.8)

№ слайда 31 Это уравнение Майера для одного моля газа. Из него следует, что физический смысл
Описание слайда:

Это уравнение Майера для одного моля газа. Из него следует, что физический смысл универсальной газовой постоянной в том, что R – численно равна работе, совершаемой одним молем газа при нагревании на один градус при изобарическом процессе. Используя это соотношение, Роберт Майер в 1842 г. вычислил механический эквивалент теплоты: 1 кал = 4,19 Дж.

№ слайда 32 Отсюда получим формулу Майера для удельных теплоёмкостей: (4.2.9) Т.к.
Описание слайда:

Отсюда получим формулу Майера для удельных теплоёмкостей: (4.2.9) Т.к.

№ слайда 33 4.3. Теплоёмкости одноатомных и многоатомных газов Внутренняя энергия одного мол
Описание слайда:

4.3. Теплоёмкости одноатомных и многоатомных газов Внутренняя энергия одного моля идеального газа равна (4.3.1)

№ слайда 34 Теплоёмкости одноатомных газов теплоемкость при постоянном объеме СV – величина
Описание слайда:

Теплоёмкости одноатомных газов теплоемкость при постоянном объеме СV – величина постоянная, от температуры не зависит.

№ слайда 35 Учитывая физический смысл R для изобарических процессов можно записать: (4.3.3)
Описание слайда:

Учитывая физический смысл R для изобарических процессов можно записать: (4.3.3) (для одного моля). Отсюда Тогда, теплоемкость при постоянном давлении для одноатомных газов:

№ слайда 36 - постоянная адиабаты (коэффициент Пуассона)
Описание слайда:

- постоянная адиабаты (коэффициент Пуассона)

№ слайда 37 Так как Тогда Из этого следует, что (4.3.5) Кроме того , где i – число степеней
Описание слайда:

Так как Тогда Из этого следует, что (4.3.5) Кроме того , где i – число степеней свободы молекул.

№ слайда 38 Подставив в выражение для внутренней энергии, получим: а так как , то внутреннюю
Описание слайда:

Подставив в выражение для внутренней энергии, получим: а так как , то внутреннюю энергию можно найти по формуле: (4.3.6)

№ слайда 39 То, что , хорошо подтверждается на опыте с Ne, He, Ar, Kr, парами одноатомных ме
Описание слайда:

То, что , хорошо подтверждается на опыте с Ne, He, Ar, Kr, парами одноатомных металлов.

№ слайда 40 Теплоемкости многоатомных газов Опыты с двухатомными газами такими как азот, кис
Описание слайда:

Теплоемкости многоатомных газов Опыты с двухатомными газами такими как азот, кислород и др. показали, что Для водяного пара и других многоатомных газов (СН3, СН4, и так далее) То есть молекулы многоатомных газов нельзя рассматривать как материальные точки.

№ слайда 41 Необходимо учитывать вращательное движение молекул и число степеней свободы этих
Описание слайда:

Необходимо учитывать вращательное движение молекул и число степеней свободы этих молекул. Молекулы многоатомных газов нельзя рассматривать как материальные точки.

№ слайда 42 Числом степени свободы называется число независимых переменных, определяющих пол
Описание слайда:

Числом степени свободы называется число независимых переменных, определяющих положение тела в пространстве и обознача-ется i i = 3 Как видно, положение материальной точки (одноатомной молекулы) задаётся тремя координатами, поэтому она имеет три степени свободы: i = 3

№ слайда 43 Многоатомная молекула может ещё и вращаться. Например, у двухатомных молекул вра
Описание слайда:

Многоатомная молекула может ещё и вращаться. Например, у двухатомных молекул вращательное движение можно разложить на два независимых вращения, а любое вращение можно разложить на три вращательных движения вокруг взаимно перпендикулярных осей. Но для двухатомных молекул вращение вокруг оси z не изменит её положение в пространстве, а момент инерции относительно этой оси равен нулю (рисунок 4.3).

№ слайда 44 Рисунок 4.3
Описание слайда:

Рисунок 4.3

№ слайда 45
Описание слайда:

№ слайда 46
Описание слайда:

№ слайда 47 У двухатомных молекул пять степеней свободы i = 5, у трёхатомных шесть степеней
Описание слайда:

У двухатомных молекул пять степеней свободы i = 5, у трёхатомных шесть степеней свободы i = 6. i = 6 i = 5 i = 3

№ слайда 48 При взаимных столкновениях молекул возможен обмен их энергиями и превращение эне
Описание слайда:

При взаимных столкновениях молекул возможен обмен их энергиями и превращение энергии вращательного движения в энергию поступательного движения и обратно. Таким путём установили равновесие между значениями средних энергий поступательного и вращательного движения молекул.

№ слайда 49 Больцман доказал, что, средняя энергия приходящаяся на одну степень свободы равн
Описание слайда:

Больцман доказал, что, средняя энергия приходящаяся на одну степень свободы равна 4.4. Закон о равномерном распределении энергии по степеням свободы

№ слайда 50 Итак, средняя энергия приходящаяся на одну степень свободы: (4.4.1)
Описание слайда:

Итак, средняя энергия приходящаяся на одну степень свободы: (4.4.1)

№ слайда 51 У одноатомной молекулы i = 3, тогда (4.4.2) для двухатомных молекул i = 5 (4.4.3
Описание слайда:

У одноатомной молекулы i = 3, тогда (4.4.2) для двухатомных молекул i = 5 (4.4.3) для трёхатомных молекул i = 6 (4.4.4)

№ слайда 52 На среднюю кинетическую энергию молекулы, имеющей i-степеней свободы приходится
Описание слайда:

На среднюю кинетическую энергию молекулы, имеющей i-степеней свободы приходится (4.4.5) Это и есть закон Больцмана о равномерном распределении средней кинетической энергии по степеням свободы. Здесь i = iп + iвр + iкол (4.4.6)

№ слайда 53
Описание слайда:

№ слайда 54 для трехатомных молекул: . При этом: для двухатомных молекул:
Описание слайда:

для трехатомных молекул: . При этом: для двухатомных молекул:

№ слайда 55 В общем случае, для молярной массы газа (4.4.6) (4.4.7)
Описание слайда:

В общем случае, для молярной массы газа (4.4.6) (4.4.7)

№ слайда 56 Для произвольного количества газов: , (4.4.9) (4.4.10) Из теории также следует,
Описание слайда:

Для произвольного количества газов: , (4.4.9) (4.4.10) Из теории также следует, что СV не зависит от температуры (рисунок 4.4).

№ слайда 57 Рисунок 4.4
Описание слайда:

Рисунок 4.4

№ слайда 58 Для одноатомных газов это выполняется в очень широких пределах, а для двухатомны
Описание слайда:

Для одноатомных газов это выполняется в очень широких пределах, а для двухатомных газов только в интервале от 100 1000 К. Отличие связано с проявлением квантовых законов. При низких температурах вращательное движение как бы «вымерзает» и двухатомные молекулы движутся поступательно, как одноатомные; равны их теплоёмкости. При увеличении температуры, когда Т > 1000 К, начинают сказываться колебания атомов молекулы вдоль оси z (атомы в молекуле связаны не жёстко, а как бы на пружине).

№ слайда 59 Одна колебательная степень свободы несет энергии, так как при этом есть и кинети
Описание слайда:

Одна колебательная степень свободы несет энергии, так как при этом есть и кинетическая и потенциальная энергия, то есть появляется шестая степень свободы – колебательная. При температуре равной 2500 К, молекулы диссоциируют. На диссоциацию молекул тратится энергия раз в десять превышающая среднюю энергию поступательного движения. Это объясняет сравнительно низкую температуру пламени. Кроме того, атом – сложная система, и при высоких температурах начинает сказываться движение электронов внутри него.

№ слайда 60 4.5. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам идеальных газов В та
Описание слайда:

4.5. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам идеальных газов В таблице (4.1) приводятся сводные данные о характеристиках изопроцессов в газах. Здесь используются известные нам формулы: – I начало термодинамики или закон сохранения энергии в термодинамике;

№ слайда 61 Таблица 4.1 δQ = 0 Закон Шарля Закон Гей-Люссака Закон Бойля – Мариотта Название
Описание слайда:

Таблица 4.1 δQ = 0 Закон Шарля Закон Гей-Люссака Закон Бойля – Мариотта Название процесса Изохоричский Изобаричес-кий Изотермичс-кий Адиабатический Условие протекания процесса V = const P = const T = const Связь между параметрами состояния

№ слайда 62 Работа в процессе δA = PdV = dU А = −∆U = CV(T1 T2) Количество теплоты, сообщённ
Описание слайда:

Работа в процессе δA = PdV = dU А = −∆U = CV(T1 T2) Количество теплоты, сообщённое в процессе Q = СV (T2 T1) δQ = δA Q = A δQ = δA Q = A δQ = 0 Q = 0 Изменение внутренней энергии dU = δQ U = Q dU = СV dTU = СV (T2 T1) dU = 0 U = 0 dU = δA = = СV dTU = A = =СV (T2 T1) Теплоёмкость CТ = Сад = 0

№ слайда 63
Описание слайда:

№ слайда 64
Описание слайда:

№ слайда 65 Здесь уместно рассмотреть еще и политропный процесс – такой процесс, при котором
Описание слайда:

Здесь уместно рассмотреть еще и политропный процесс – такой процесс, при котором изменяются все основные параметры системы, кроме теплоемкости, т.е. С = const. Уравнение политропы (4.5.1) или . (4.5.2) Здесь n – показатель политропы.

№ слайда 66 С помощью показателя n можно легко описать любой изопроцесс: 1. Изобарный процес
Описание слайда:

С помощью показателя n можно легко описать любой изопроцесс: 1. Изобарный процесс Р = const, n = 0 (4.5.3) 2. Изотермический процесс Т = const, n = 1, 3. Изохорный процесс V = const, (4.5.4)

№ слайда 67 4. Адиабатический процесс Q = 0, n = γ, Сад = 0. Во всех этих процессах работу м
Описание слайда:

4. Адиабатический процесс Q = 0, n = γ, Сад = 0. Во всех этих процессах работу можно вычислить по одной формуле: (4.5.5)

№ слайда 68 Рис. 1. Работа, совершаемая системой при бесконечно малом изменении объема систе
Описание слайда:

Рис. 1. Работа, совершаемая системой при бесконечно малом изменении объема системы dV, равна: A = Fdx = PdV Здесь Р – давление газа в сосуде; S – площадь поршня; dV = Sdx – изменение объема сосуда при перемещении поршня на dx.

№ слайда 69 Таблица 2 Молярные теплоемкости при температуре 20 °С и давлении 1 атм Вещество
Описание слайда:

Таблица 2 Молярные теплоемкости при температуре 20 °С и давлении 1 атм Вещество СV, кал/(моль К) СP, кал/(моль К) СP/CV Одноатомный газ He Ar 2,98 2,98 4,97 4,97 1,67 1,67 Двухатомный газ H2 N2 4,88 4,96 6,87 6,95 1,41 1,40 Многоатомный газ СО2 NH3 6,80 6,65 8,83 8,80 1,30 1,31

№ слайда 70
Описание слайда:

№ слайда 71
Описание слайда:

Скачать эту презентацию


Презентации по предмету
Презентации из категории
Лучшее на fresher.ru