Слайд 1

УРОК ФИЗИКИ В 10 КЛАССЕ Броуновское движение. Строение вещества Учитель Кононов Геннадий Григорьевич СОШ № 29 Славянский район Краснодарского края

Слайд 2

БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ Еще летом 1827 года Броун, занимаясь изучением поведения цветочной пыльцы под микроскопом вдруг обнаружил, что отдельные споры совершают абсолютно хаотичные импульсные движения. Он доподлинно определил, что эти движения никак не связаны ни с завихрениями и токами воды, ни с ее испарением, после чего, описав характер движения частиц, честно расписался в собственном бессилии объяснить происхождение этого хаотичного движения. Однако, будучи дотошным экспериментатором, Броун установил, что подобное хаотичное движение свойственно любым микроскопическим частицам , — будь то пыльца растений, взвеси минералов или вообще любая измельченная субстанция.

Слайд 3

БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ - это тепловое движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе. Броуновские частицы движутся под влиянием ударов молекул. Из-за хаотичности теплового движения молекул, эти удары никогда не уравновешивают друг друга. В результате скорость броуновской частицы беспорядочно меняется по величине и направлению, а ее траектория представляет собой сложную зигзагообразную линию.

Слайд 4

СИЛЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ Если бы между молекулами не существовало сил притяжения , то все тела при любых условиях находились бы только газообразном состоянии . Но одни силы притяжения не могут обеспечить существования устойчивых образований из атомов и молекул. На очень малых расстояниях между молекулами обязательно действуют силы отталкивания. Благодаря этому молекулы не проникают друг в друга и куски вещества никогда не сжимаются до размеров одной молекулы.

Слайд 5

Хотя в целом молекулы электрически нейтральны , тем не менее между ними на малых расстояниях действуют значительные электрические силы: происходит взаимодейст - вие электронов и атомных ядер соседних молекул СИЛЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Слайд 6

АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА В зависимости от условий одно и то же вещество может находиться в различных агрегатных состояниях. Молекулы вещества, находящегося в твердом, жидком или газообразном состоянии, не отличаются друг от друга. Агрегатное состояние вещества определяется расположением, характером движения и взаимодействия молекул.

Слайд 7

СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ, ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ ТЕЛ . Состояние вещества. Расположение частиц. Характер движения частиц. Энергия взаимодействия . Некоторые свойства. Твердое. Расстояния сравнимы с размерами частиц. Истинно твердые тела имеют кристалличес- кую структуру (дальний порядок упорядоченности ). Колебания около положения равновесия . Потенциальная энергия много больше кинети- ческой. Силы взаимодействия большие . Сохраняют форму и объем . Упругость. Прочность . Твердость . Имеют определенную точку плавления и кристаллизации . Жидкое Расположены почти вплотную друг к другу. Наблюдается ближний порядок упорядоченности . В основном колеб- лются около положе- ния равновесия, изредка перескакивая в другое . Кинетическая энергия лишь незначительно меньше по моду- лю потенциальной энергии . Сохраняют объем, но не сохраняют форму . Мало сжимаемы . Текучи. Газообраз-ное . Расстояния много больше размеров частиц. Расположение совершенно хаотическое . Хаотическое движе- ние с многочислен-ными столкновения-ми . Скорости сравнительно большие. Кинетическая энергия много больше потенциальной по модулю . Не сохраняют ни форму , ни объем. Легко сжимаемы. Заполняют весь предоставленный им объем.

Слайд 8

Газ расширяется, пока не заполнит весь отведенный ему объем. Если рассмотреть газ на молекулярном уровне, мы увидим беспорядочно мечущиеся и сталкивающиеся между собой и со стенками сосуда молекулы, которые, однако, практически не вступают во взаимодействие друг с другом. Если увеличить или уменьшить объем сосуда, молекулы равномерно перераспределятся в новом объеме СТРОЕНИЕ ГАЗОВ

Слайд 9

СТРОЕНИЕ ГАЗОВ 1. Молекулы не взаимодействуют друг с другом 2. Расстояния между молекулами в десятки раз больше размеров молекул 3. Газы легко сжимаются 4. Большие скорости движения молекул 5. Занимают весь объем сосуда 6. Удары молекул создают давление газа

Слайд 10

Жидкость при заданной температуре занимает фиксированный объем, однако и она принимает форму заполняемого сосуда — но только ниже уровня ее поверхности. На молекулярном уровне жидкость проще всего представить в виде молекул-шариков, которые хотя и находятся в тесном контакте друг с другом, однако имеют свободу перекатываться друг относительно друга, подобно круглым бусинам в банке. Налейте жидкость в сосуд — и молекулы быстро растекутся и заполнят нижнюю часть объема сосуда, в результате жидкость примет его форму, но не распространится в полном объеме сосуда. СТРОЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ

Слайд 11

1. Есть взаимодействие между молекулами 2. Близкое расположение молекул 3. Молекулы движутся «перескоками» 4. Малая сжимаемость жидкостей 5. Не сохраняют форму, но сохраняют объём СТРОЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ

Слайд 12

Твердое тело имеет собственную форму, не растекается по объему контейнера и не принимает его форму. На микроскопическом уровне атомы прикрепляются друг к другу химическими связями, и их положение друг относительно друга фиксировано. При этом они могут образовывать как жесткие упорядоченные структуры — кристаллические решетки , — так и беспорядочное нагромождение — аморфные тела (именно такова структура полимеров, которые похожи на перепутанные и слипшиеся макароны в миске). СТРОЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Слайд 13

1. Сильное взаимодействие между частицами 2. Сохраняют свою форму и объем 3. Частицы колеблются около положения равновесия 4. Расположены частицы в строгом порядке ( кристаллическая решетка) СТРОЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Слайд 15

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ § 58 – 60 Упр. 11 (4, 5, 6)

Слайд 1

Глава IX Работа в термодинамике

Слайд 2

Контрольные вопросы 1. Какую величину называют механической работой? а) Произведение модуля силы на модуль перемещения тела под действием этой силы б) Произведение модуля силы на модуль скорости тела и на косинус угла между векторами силы и скорости в) Произведение модуля силы на объём тела г) Произведение модуля силы на модуль перемещения тела под действием этой силы и на косинус угла между векторами силы и перемещения 2. Единицей механической работы в СИ является … а) Джоуль (Дж) б) Паскаль (Па) в) Ватт (Вт) г) Тесла (Тл)

Слайд 3

3. По какой формуле вычисляется механическая работа? 4. Какую физическую величину называют давлением? а) Произведение модуля силы на площадь поверхности, на которую действует эта сила б) Отношение модуля силы к площади поверхности, на которую действует эта сила в) Отношение модуля силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности г) Отношение модуля силы, действующей на тело, к площади боковой поверхности тела

Слайд 4

5. Единицей давления в СИ является … а) Джоуль (Дж) б) Паскаль (Па) в) Ватт (Вт) г) Ньютон (Н) 6. По какой формуле вычисляется давление? 7. По какой формуле вычисляется работа в термодинамике? 8. Как по графику процесса на плоскости р, V определить механическую работу, совершённую газом в этом процессе? а) Работа численно равна среднему значению давления газа в этом процессе б) Работа численно равна среднему значению объёма газа в этом процессе в) Работа численно равна площади фигуры, образованной графиком процесса и осью V г) Работа численно равна площади фигуры, образованной графиком процесса и осью р

Слайд 5

9. На рисунке представлен график процесса BC в газе на плоскости р ,V. Площадь какой фигуры на этом графике численно равна работе газа в указанном процессе? А B C D E p V 0 a) 0АВЕ б ) 0АС D в ) BCDE г ) такой фигуры нет А B C p V 0 10 . На рисунке представлен график процесса А BC в газе на плоскости р ,V. Каков знак работы газа на каждом участке указанного процесса? а) На участке АВ – положительна, на участке ВС – отрицательна б) На участке АВ – отрицательна, на участке ВС – положительна в) На участках АВ и ВС работа газа положительна по знаку г) На участке АВ и ВС работа газа отрицательна по знаку

Слайд 6

11. В каком процессе работа газа отрицательна по знаку? а) изотермическом б) изобарическом в) изохорическом г) любом процессе, в котором объём газа уменьшается С B А p V 0 12 . На рисунке представлен график процесса А BC в газе на плоскости р ,V. Каков знак работы газа на каждом участке указанного процесса? а) На участке АВ – положительна, на участке ВС – отрицательна б) На участке АВ – отрицательна, на участке ВС – положительна в) На участках АВ и ВС работа газа положительна по знаку г) На участке АВ и ВС работа газа отрицательна по знаку

Слайд 7

1 3 . На рисунке представлен график замкнутого процесса А BCDA в газе на плоскости р ,V. На каких участках графика работа газа равна нулю? a) на участк ax АВ и С D б ) на участк ax ВС и DA в ) на участках DA и AB г ) таких участков нет А B C D p V 0 1 4 . На рисунке представлен график замкнутого процесса А BCDA в газе на плоскости р ,V. Площадь какой фигуры на графике численно равна работе газа в указанном процессе? a) MBCN б ) ABCD в ) MADN г ) такой фигуры нет А B C D p V 0 М N

Слайд 8

1. В вертикальном цилиндре с площадью основания S = 0,5 дм 2 под поршнем массой m = 2 кг, скользящим без трения, находится водород. При изобарном нагревании водорода поршень переместился вверх на ∆ h = 15 см. Какую работу совершил водород, если атмос- ферное давление составляет р о = 100 кПа? Решение. Давление, которое поршень оказывает на водород, представляет собой сумму двух давлений: 1) атмосферного давления mg/S , вызванного весом поршня. р о и 2) давления Тогда Методы решения задач давление водорода при его расширении. ∆ V = V 2 – V 1 = S∆h – работа водорода при расширении. р = А = Вычислим результат: изменение объёма водорода при расширении.

Слайд 9

2. Расширение газа от объёма V 1 = 10 л до объёма V 2 = 14 л происходило при давлении р = 20 кПа (см. график процесса). Какую работу совершил газ в этом процессе? V 1 p V 0 V 2 1 2 Решение. ∆ V = V 2 – V 1 – изменение объёма газа. А = р ∆ V = p(V 2 – V 1 ) – работа газа в этом процессе. Вычислим результат: А = 20 · 10 3 Па ( 14 – 10 )· 10 -3 м 3 = 80 Дж. V 1 p V 0 V 2 1 2 3. Газ расширялся из состояния 1 в состояние 2 так, как показано на рисунке. Вычислить работу газа в этом процессе, если V 1 = 1 2 л, V 2 = 1 8 л, р 1 = = 15 кПа, р 2 = 17 кПа. Решение. Давление газа в этом процессе изменяется линейно. Как известно из курса математики, линейно изменяющуюся величину можно заменить постоянной величиной, равной полусумме её максимального и минимального значения. Тогда р ср. = (р 1 + р 2 )/2 – среднее значение давления газа.

Слайд 10

А = р ср. ∆ V = работа газа в этом процессе. Вычислим результат: 4. Один моль идеального газа расширяется от объёма V 1 = 1 м 3 до V 2 = 2 м 3 в процессе, при котором температура изменяется по закону Т = α V 2 , где α = 0,2 К/м 6 . Определить работу, совершённую газом в этом процессе. Решение. Для определения характера зависимости давления газа от его объёма воспользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона: где с = неко- торая константа. Из полученной зависимости р( V) следует, что давление газа в данном процессе изменяется линейно с изменением объёма. В этом случае для работы газа справедливо выражение, полученное в решении предыдущей задачи: А = р ср. ∆ V =

Слайд 11

А = Вычислим результат: Раскроем полученное выражение подробней: 5. С идеальным газом, взятом в количестве ν = 3 моль, проводят замкнутый процесс, состоящий из двух изохор и двух изобар. Отношение давлений на изобарах α = 5/4, отношение объёмов на изохорах β = 6/5. Разность максимальной и минимальной температур в процессе Δ Т = 100 К. Определить работу, совершае- мую газом за один цикл. Решение. Графиком данного процесса на плоскости р, V будет прямоугольник, сторонами которого являются две изобары и две изохоры. Работа газа за один цикл будет численно равна площади этого прямоугольника: А = (р 2 – р 1 )( V 2 – V 1 ), где V 2 и p 2 – максимальные значения объёма

Слайд 12

и давления газа соответственно, V 1 и p 1 – минимальные значения. Преобразуем выражение для А: Максимальную температуру газ будет иметь в конце изобарического расширения при давлении р 2 , минимальную – в начале изохорического нагревания при объёме V 1 . Запишем для состояний газа с минимальной и максимальной температурой уравнение Клапейрона: Учтём, что р 2 /р 1 = α и V 2 / V 1 = β . Тогда уравнение состояния газа принимает вид: Δ T = T 2 – T 1 = αβ T 1 – T 1 = T 1 ( αβ – 1).

Слайд 13

Отсюда Т 1 = Подставим полученное выражение для Т 1 в выражение для А: Вычислим результат: 6 . Определить работу, которую совершает идеальный одноатомный газ в цикле 1 – 2 – 3 – 4 – 1, представленном на рисунке, где V 1 = 10 л, V 2 = 20 л, р 1 = 10 5 Па, р о = = 3 · 10 5 Па, р 2 = 4 · 10 5 Па. V 1 p V 4 0 1 2 3 4 S 2 V p 2 p 1 p o S 1

Слайд 14

Решение. Площадь S фигуры, ограниченной графиком процесса, представляет собой сумму площадей двух треугольников: S = S 1 + S 2 . Присвоим точке пересечения отрезков 1 – 2 и 3 – 4 номер 5. Треугольники 1 – 4 – 5 и 2 – 3 – 5 подобные, так как у них все внутренние углы одинаковы (два угла как накрест лежащие и один угол как вертикальные). Для подобных треугольников верно соотношение: где h 1 = р о – р 1 и h 2 = р 2 – р о – высоты соответствую- щих треугольников. Тогда Отсюда На участке графика 2 – 3 работа газа отрицательна (объём газа уменьшается), на участках 3 – 5 и 5 – 2 – положительна.

Слайд 15

Площадь прямоугольника под участком 2 – 3 графика больше суммы площадей трапеций под участками графика 3 – 5 и 5 – 2, поэтому знак работы газа на замкнутом участке 5 – 2 – 3 – 5 отрицателен. То есть, площадь S 2 треугольника 5 – 2 – 3 нужно брать с отрицательным знаком. Итак, А = S 1 – S 2 – работа газа в замкнутом процессе 1 – 2 – 3 – 4 – – 1. Выразим площадь S 1 треугольника 1 – 5 – 4: Тогда

Слайд 16

Вычислим результат: 7. Определить работу, которую совершают 2 моль идеального одноатомного газа в цикле 1 – 2 – 3 – 4 – 1, представленном на рисунке, где Т о = 100 К. р о р 3р о Т 0 T o 2T o 1 2 3 4 Решение. Представим цикл, изображённый на рисунке, на координатной плоскости р, V. Работа газа за цикл в этом случае будет численно равна площади замкнутой фигуры, образованной графиком процесса.

Слайд 17

Участок 2 – 3: изохорическое охлаждение ( V 2 = V 3 ) . Участок 3 – 4: изобарическое охлаждение (и сжатие). Участок 4 – 1: изохорическое нагревание (V 4 = V 1 ) . Изобразим график процесса. 0 V p 1 2 3 4 V 1 V 2 р о 3р о Процесс 3 – 4 – изобарический. Из закона Гей-Люссака следует: Опишем (по графику) характер процесса в газе на каждом участке цикла в отдельности. Участок 1 – 2: изобарическое нагревание (и расширение).

Слайд 18

Работа газа за цикл численно равна площади прямоугольника со сторонами (3р о – р о ) и ( V 3 – V 1 ) на плоскости р, V. 3р o – р о = 2p o ; V 3 – V 1 = 2V 1 – V 1 = V 1 Тогда А = 2p o V 1 = 2 ( р о V 4 ). Из уравнения Менделеева-Клапейрона выразим произведение р о V 4 : Выражение для А принимает окончательный вид: Вычислим результат: V Т 0 1 2 3 4 5 6 8. Найти отношение работ, совершаемых идеальным одноатомным газом в циклических процессах 1 – 2 – 3 – 4 – 1 и 4 – 3 – 5 – 6 – 4, представленных на рисунке. Температуры газа в состояниях 2 и 4 и в состояниях 3 и 6 одинаковы. Температуры в состояниях 1 и 5 отличаются в n = 8 раз.

Слайд 19

Решение. Нарисуем график обоих циклических процессов на плоскости р, V. 0 V p 1 2 3 4 V 1 V 3 р 1 р 2 5 6 V 5 T 2 = T 4 ; T 3 = T 6 ; T 5 = nT 1 – по условию. Используем тот факт, что отношение давлений р 2 /р 1 для трёх пар точек (2 и 1; 3 и 4; 5 и 6) одинаково (кроме того, каждая пара этих точек находится на изохоре): для пар точек 2 и 1; 3 и 4. Отсюда Т 2 Т 4 = Т 1 Т 3 ; Т 2 2 = Т 1 Т 3 . для пар точек 3 и 4; 5 и 6.

Слайд 20

Отсюда Т 3 Т 6 = Получена система из двух уравнений. Решим её. Подставим найденное соотношение между Т 3 и Т 2 в верхнее уравнение системы и получим связь между Т 2 и Т 1 : Тогда Работа газа в каждом цикле численно равна площади прямоугольника. Отношение площадей прямоугольников, имеющих одинаковую ширину р 2 – р 1 , равно отношению их длин: Т 4 Т 5 ; Т 2 3 = Т 4 Т 5 .

Слайд 21

Для изобарического процесса в газе справедлив закон Гей-Люссака: Тогда Вычислим результат: Работа газа в замкнутом цикле 4 – 3 – 5 – 6 – 4 в два раза больше . 9. Найти работу А, совершённую одним молем идеального газа за цикл (см. рисунок). Температуры газа в состояниях 1 и 3 равны, соответственно, Т 1 и Т 3 , а точки 2 и 4 лежат на одной изотерме. р V 0 1 2 3 4

Слайд 22

Решение. Работа газа за цикл в этом процессе численно равна площади прямоугольника 1 – 2 – 3 – 4: А = (р 2 – р 1 )( V 4 – V 1 ). Учтём условие: V 1 = V 2 ; V 3 = V 4 ; Т 2 = Т 4 . Для двух пар точек (1,2 и 3,4) справедлив закон Шарля: Отсюда Тогда Преобразуем выражение для работы газа: Для одного моля газа:

Слайд 1

Закон сохранения и превращения энергии.

Слайд 2

Темы для повторения: Потенциальная энергия. Кинетическая энергия. Полная механическая энергия. Определим имеющиеся у вас знания по рассматриваемым темам.

Слайд 3

Ответьте на следующие вопросы: Какая величина называется кинетической энергией? Что такое потенциальная энергия? Что такое полная механическая энергия?

Слайд 4

Ответьте на следующие вопросы: Если тела взаимодействуют друг с другом силами тяжести или упругости, то совершённая этими силами работа равна – а) A = - ( E p1 – E p2) б) A = E k2 – E k1 . Объясните ответ

Слайд 5

Объясните Какие превращения механической энергии происходят при колебании шарика, подвешенного на нити? В каких положениях шарик имеет наибольшую и наименьшую потенциальную энергию относительно положения равновесия?

Слайд 6

Ответьте на следующие вопросы: В каких положениях шарик имеет наибольшую и наименьшую кинетическую энергию? Какие превращения происходят при движении шарика вверх? Вниз? Почему колебания шарика с течением времени затухают? Хотите повторить определения? ДА НЕТ

Слайд 7

Кинетической энергией - называется величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости. E k =mv 2 /2. Изменение кинетической энергии тела(материальной точки)за некоторый промежуток времени равно работе, совершенной силой, действующей на тело, за этот же промежуток времени. Вернуться

Слайд 8

Потенциальная энергия - энергия взаимодействия тел или частей тела, которая определяется взаимным расположением тел или частей тела, то есть расстояниями между ними. Пусть тело свободно падает с высоты h 1 над уровнем Земли на уровень h 2 Величину E з = mgh называют потенциальной энергией взаимодействия тела и Земли. Вернуться

Слайд 9

Полная механическая энергия - сумма кинетической и потенциальной энергий системы тел. E = E p + E k.. Полная энергия системы остаётся постоянной E = E p + E k.. = const. Вернуться

Слайд 10

Вам необходимо повторить пройденный материал. Когда тела взаимодействуют друг с другом силами тяжести или упругости, совершенная этими силами работа равна взятому с противоположным знаком изменению потенциальной энергии тел системы: A = - ( E p1 – E p2) Эта же работа равна изменению кинетической энергии: A = E k2 – E k1 . Энергия превращается из одного вида в другой. Вернуться

Слайд 11

Правильно! Можешь приступить к опыту с шариком на нити.

Слайд 12

До свиданья умник! Надеюсь, что ты так же ответишь у доски.

Слайд 1

Первый закон термодинамики

Слайд 2

Первый закон термодинамики Это закон сохранения энергии, распространенный на тепловые явления В чем его суть? Уголь Вода Пар Поршень Колесо

Слайд 3

Превращения энергии

Слайд 4

Сравни

Слайд 5

Автора! Дата открытия……………………………………………… Р. Майер Дж. Джоуль Г.Гельмгольц

Слайд 6

Математическая запись Δ U = A + Q Q = Δ U + A’ Сравни Если система изолирована, то А =……. и она не обменивается теплотой Q = ……. В этом случае Δ U =……. А = - A’

Слайд 7

Вечный двигатель Вечный двигатель это устройство…

Слайд 8

Подумай…

Слайд 9

Первый закон и изопроцессы Изотермический Изобарный Изохорный Адиабатный Q = A’ Q = Δ U + A’ Δ U = Q Δ U = A ? ? ? ?

Слайд 10

Решаем… Идеальный газ, находясь в тепловом контакте с окружающими телами, совершил работу 300 Дж. При этом внутренняя энергия газа увеличилась на 300 Дж. Получал или отдавал газ количество теплоты и сколько? A’ = 300 Дж; Δ U = 300 Дж; ___________ Q - ? Q = Δ U + A’ Q = 300 Дж + 300 Дж = = 600 Дж; Ответ: получил 600 Дж.

Слайд 1

Второй закон термодинамики

Слайд 2

Процессы Обратимые Необратимые

Слайд 3

Обратимый процесс Это процесс, который может происходить как в прямом, так и в обратном направлении Обратимый процесс – это идеализация реального процесса. Все макроскопические процессы проходят в определенном направлении

Слайд 4

Необратимый процесс Процесс, обратный которому самопроизвольно не происходит Все макроскопические процессы являются необратимыми

Слайд 5

Примеры Кусок льда, внесенный в комнату, не отдает энергию окружающей среде и не охлаждается Маятник самостоятельно не наращивает амплитуду колебаний

Слайд 6

Ни охлаждение льда в первом случае, ни увеличение амплитуды во втором не противоречит ни закону сохранения энергии, ни законам механики. Оно противоречит лишь второму закону термодинамики

Слайд 7

Второй закон термодинамики В циклически действующем тепловом двигателе невозможно преобразовать все количество теплоты, полученное от нагревателя, в механическую работу

Слайд 8

Формулировка Р. Клаузиуса Невозможно перевести тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии одновременных изменений в обоих системах или окружающих телах

Слайд 9

Формулировка У. Кельвина Невозможно осуществить такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы совершение работы за счет теплоты взятой от одного источника

Слайд 10

Статистическое истолкование второго закона термодинамики Изолированная система самопроизвольно переходит из менее вероятного состояния в более вероятное, или Замкнутая система многих частиц самопроизвольно переходит из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное

Слайд 11

Используемая литература Физика. Молекулярная физика и термодинамика. 10 класс. Г. Я. Мякишев, А. З. Синяков, 2002 г. Дрофа

Слайд 1

Двигатель внутреннего сгорания

Слайд 2

Счастлив в наш век, кому победа Далась не кровью, а умом, Счастлив, кто точку Архимеда Умел сыскать в себе самом.

Слайд 3

1 768 Д.Уатт 1 878 Отто 1 860 Э.Ленуар 1886 Г.Даймлер Страницы истории 18 93 Р.Дизель

Слайд 4

Логическое продолжение горючее рабочее тело двигатель двигатель работа горючее рабочее тело работа

Слайд 5

КАРБЮРАТОР- устройство для получения бензиново-воздушной смеси Рабочая смесь

Слайд 6

Устройство и работа Название Устройство Рабочий цикл Названия тактов Уточненное название двигателя

Слайд 7

Хорошо ли запомнилось? тренажер диктант

Слайд 8

Диктант: вопрос № 1-6 Как называются эти детали ?

Слайд 9

Диктант: вопросы №7-10 Как называются эти такты ?

Слайд 10

Диктант: ответы 1. Поршень 2. Впускной клапан 3. Свеча 4. Выпускной клапан 5. Шатун 6. Коленвал 7. Впуск 8. Сжатие 9. Рабочий ход 10. Выпуск

Слайд 11

ДВС - дизель Рудольф Дизель: "Я иду впереди лучших умов человечества". Он получил патент на свой двигатель 23 февраля 1893.

Слайд 12

Век скоростей «Даймлер», 25 км/ч « Thrust SSC », 1228 км/ч

Слайд 13

Окружающая среда При всех достоинствах ДВС, широкое их применение заметно влияет на экологическое состояние, особенно в крупных городах, поэтому работы по улучшению экологичности ДВС ведутся непрерывно.

Слайд 14

Perpetuum mobile "Perpetuum mobile - есть вечное движение. Если найду вечное движение, то я не вижу границ творчеству человеческому... Делать золото - задача заманчивая, открытие, может быть, любопытное и выгодное, но найти perpetuum mobile... O!...". Пушкин А.С. Сцены из Рыцарских времен

Слайд 1

Уравнение теплового баланса Глава Х.2

Слайд 2

Методы решения задач 1. Для приготовления ванны вместимостью V = 150 л смешали холодную воду при t o 1 = 20 о С с горячей при t o 2 = 80 o C. Какие объёмы той и другой воды надо взять, чтобы температура воды стала равной t o = 45 o C? Решение. Определим направление теплообмена в системе "холодная вода + горячая вода": горячая вода отдаёт тепло; холодная вода получает тепло. Q 1 = количество теплоты, получен- ное холодной водой. Q 2 = количество теплоты, отдан- ное горячей водой. В соответствии с уравнением теплового баланса (всеми потерями энергии пренебрегаем ) : Q 1 = Q 2 . Раскроем полученное равенство:

Слайд 3

Отсюда Учтём, что общий объём воды равен сумме объёмов холодной и горячей воды: V = V 1 + V 2 ; V 1 = Тогда V – V 2 . Итак, для приготовления ванны необходимо использовать 87,5 л холодной воды и 62,5 л горячей воды. 2. Смешали V 1 = 5 л воды при температуре t o 1 = 50 o C и V 2 = = 7 л воды при температуре t o 2 = 20 o C. Какова будет температу- ра смеси в состоянии теплового равновесия?

Слайд 4

Решение. Определим направление теплообмена в системе "холодная вода + горячая вода": горячая вода отдаёт тепло; холодная вода получает тепло. Q 1 = количество теплоты, получен- ное холодной водой. Q 2 = количество теплоты, отдан- ное горячей водой. В соответствии с уравнением теплового баланса (всеми потерями энергии пренебрегаем ) : Q 1 = Q 2 . Раскроем полученное равенство: Отсюда темпера - тура смеси в состоянии теплового равновесия.

Слайд 5

3 . В сосуд, содержащий воду массой m 1 = 200 г при темпе-ратуре t o 1 = 20 o C , опустили медное тело массой m 2 = 100 г, имею-щее температуру t o 2 = 12 0 o C . Какая общая температура установится в сосуде? Нагреванием сосуда пренебречь. Удельные теплоёмкости воды и меди равны соответственно с 1 = 4200 Дж/(кг · 1 о С), с 2 = 380 Дж/(кг · 1 о С). Решение. Определим направление теплообмена в системе "холодная вода + горячее медное тело": медное тело отдаёт тепло; холодная вода получает тепло. Q 1 = количество теплоты, полученное холодной водой. Q 2 = количество теплоты, отданное горячим медным телом. В соответствии с уравнением теплового баланса (всеми потерями энергии пренебрегаем ) : Q 1 = Q 2 . Раскроем полученное равенство:

Слайд 6

Отсюда установившаяся температура. 4. В калориметр с теплоёмкостью С = 9 0 Дж/К было налито m 1 = 300 г масла при t o 1 = 15 o C. После опускания в масло стального тела массой m 2 = 400 г при t o 2 = 130 о С установилась температура t o = 40 о С. Какова, по данным опыта, удельная теплоёмкость с 1 масла, если удельная теплоёмкость стали с 2 = = 460 Дж/(кг · К) ? Потерями энергии пренебречь. Решение. Определим направление теплообмена в системе "масло + стальное тело + калориметр": стальное тело отдаёт тепло; масло и калориметр получают тепло. Q 1 = количество теплоты, полученное маслом. Q 2 = количество теплоты, полученное калоримет-ром.

Слайд 7

Q 3 = количество теплоты, отданное стальным телом. В соответствии с уравнением теплового баланса (всеми потерями энергии пренебрегаем ) : Q 1 + Q 2 = Q 3 . Раскроем полученное равенство: Отсюда удельная теплоёмкость масла.

Слайд 8

5. В сосуде находится вода при температуре t o 1 = = 20 о С. В воду помещают тело, имеющее температуру t o 2 = = 110 o C . В сосуде установилась температура t o 3 = 55 o C. Какой станет температура воды t o 4 , если, не вынимая первое тело, в неё опустить второе такое же тело, нагретое до 110 о С? Потерями энергии пренебречь. Решение. Пусть m 1 – масса воды в сосуде, c 1 – удельная теплоёмкость воды, m 2 – масса одного тела, c 2 – удельная теплоёмкость материала тела. Определим направление теплообмена в системе "вода + первое тело": тело отдаёт тепло; вода получает тепло. Q 1 = количество теплоты, полученное водой. Q 2 = количество теплоты, отданное телом. В соответствии с уравнением теплового баланса (всеми потерями энергии пренебрегаем ) : Q 1 = Q 2 . Раскроем полученное равенство:

Слайд 9

Отсюда теплоёмкость тела. Определим направление теплообмена в системе "вода + + первое тело + второе тело": второе тело отдаёт тепло; первое тело и вода получают тепло. Q 3 = количество теплоты, полученное водой. Q 4 = количество теплоты, отданное вторым телом. В соответствии с уравнением теплового баланса (всеми потерями энергии пренебрегаем ) : Q 3 = Q 4 + Q 5 . Раскроем полученное равенство: количество теплоты, полученное первым телом. Q 5 =

Слайд 10

Отсюда Используем соотношение Тогда

Слайд 11

6. Смесь из свинцовых и алюминиевых опилок с общей массой m = 150 г и температурой t o 1 = 100 о С погружена в калориметр с водой, температура которой t o 2 = 15 o C , а масса m 3 = 230 г. Окончательная температура установилась Ө о = 20 о С. Теплоём- кость калориметра С = 42 Дж/К , удельная теплоёмкость свинца с 1 = 130 Дж/(кг · К), алюминия с 2 = 880 Дж /( кг · К ) . Сколько свинца и алюминия было в смеси? Решение. Определим направление теплообмена в системе "калориметр + вода + смесь опилок": опилки отдают тепло; вода и калориметр получают тепло. Q 1 = количество теплоты, отданное алюминие- выми опилками ( m 2 – масса алюминиевых опилок). Q 2 = количество теплоты, отданное свинцовыми опилками ( m 1 – масса свинцовых опилок). количество теплоты, полученное водой. Q 3 = количество теплоты, полученное калоримет-ром. Q 4 =

Слайд 12

В соответствии с уравнением теплового баланса (всеми потерями энергии пренебрегаем ) : Q 1 + Q 2 = Q 3 + Q 4 . Раскроем полученное равенство: Отсюда m = m 1 + m 2 – по условию. Тогда m 2 = m – m 1 .

Слайд 13

m 2 = m – m 1 = 150 г – 92 г = 58 г. Итак, m 1 = 92 г – масса свинцовых опилок; m 2 = 58 г – масса алюминиевых опилок. 7. В стакане содержится V = 250 см 3 воды. Опущенный в стакан термометр показал t o 2 = 78 о С. Какова действительная температура воды, если теплоёмкость термометра С = 20 Дж/К, а до опускания в воду он показывал t o 1 = 20 o C. Решение. Определим направление теплообмена в системе "термометр + вода": вода отдаёт тепло; термометр получает тепло. Q 1 = количество теплоты, полученное термомет- ром. Q 2 = количество теплоты, отданное водой ( m – масса воды, ρ – её плотность, t o 3 – действительная температура воды ). В соответствии с уравнением теплового баланса (всеми потерями энергии пренебрегаем ) : Q 1 = Q 2 . Раскроем полученное равенство:

Слайд 14

Отсюда действитель- ная температура воды. 8. Каков КПД газовой горелки, если на нагревание чайника с V 1 = 3 л воды от t o 1 = 20 о С до кипения (t o 2 = 100 о С ) было израсходовано V 2 = 30 л газа? Теплоёмкость чайника С = 150 Дж/К, удельная теплота сгорания газа Δ Е/ Δ V = 36 МДж/м 3 . Решение. Определим направление теплообмена в системе "сгорающий газ + вода + чайник": газ отдаёт тепло; вода и чайник получают тепло. Q 1 = количество теплоты, отданное сгоревшим газом ( q = = Δ E/ Δ V – удельная теплота сгорания газа , V 2 – объём газа). количество теплоты, полученное водой. Q 2 = количество теплоты, полученное чайником. Q 3 =

Слайд 15

По условию задачи не всё тепло, выделенное при сгорании газа, идёт на нагревание воды и чайника: Q пол. = η Q 1 = η qV 2 , где Q пол. – "полезное" количество теплоты, т.е. количество теплоты, непосредственно затраченное на нагревание воды и чайника, η – КПД газовой горелки. В соответствии с уравнением теплового баланса : Q пол. = Q 2 + Q 3 . Раскроем полученное равенство: Отсюда КПД газовой горел- ки.

Слайд 16

9. Бытовой газовый водонагреватель проточного типа имеет полезную мощность Р пол. = 21 кВт и КПД η = 80%. Каков расход газа V 1 при заполнении ванны объёмом V 2 = 150 л водой, нагретой на Δ t o = 40 о С? Какое время для этого потребуется ? Удельная теплота сгорания газа Δ Е/ Δ V = 36 МДж/м 3 . Решение. Определим направление теплообмена в системе "сгорающий газ + вода": газ отдаёт тепло; вода получает тепло. Q 1 = количество теплоты, отданное сгоревшим газом ( q = = Δ E/ Δ V – удельная теплота сгорания газа , V 1 – объём газа). количество теплоты, полученное водой. Q 2 = По условию задачи не всё тепло, выделенное при сгорании газа, идёт на нагревание воды: Q пол. = η Q 1 = η qV 1 , где Q пол. – "полезное" количество теплоты, т.е. количество теплоты, непосредственно затраченное на нагревание воды, η – КПД газовой горелки. В соответствии с уравнением теплового баланса : Q пол. = Q 2 .

Слайд 17

Раскроем полученное равенство: Выразим Q пол. через полезную мощность водонагревателя: Q пол. = Р пол. t, где t – время работы нагревателя. Тогда уравнение теплового баланса принимает вид: Отсюда время работы нагревателя. Отсюда расход газа.

Слайд 18

10. Какое нужно количество теплоты, чтобы m = 100 г воды при t o 1 = 15 o C довести до кипения и Δ m = 20 г её испарить? Удельная теплоёмкость воды с = 4200 Дж/(кг ·1 o C ), удельная теплота её парообразования L = 2,26·10 6 Дж/кг. Решение. Процесс в данной системе состоит из двух процессов: 1) нагрев всей воды массой m от температуры t o 1 = 15 o C до t o 2 = = 100 o C (температуры кипения воды) и 2) парообразование воды массой Δ m при температуре кипения. Запишем выражения для расчёта количеств теплоты Q 1 и Q 2 , которые необходимо сообщить воде на каждом этапе процесса: Общее количество теплоты, которое необходимо затратить для осуществления всего процесса в системе, равно:

Слайд 19

11. В сосуд, содержащий m 1 = 2 кг воды при температуре t o 1 = = 20 o C , впустили m 2 = 150 г водяного пара при температуре t o 2 = = 1 00 o C . Какая температура t o 3 установится в сосуде в состоянии теплового равновесия? Удельная теплоёмкость воды с = 4200 Дж/(кг · К), удельная теплота её парообразования L = 2,26·10 6 Дж/кг. Решение. Процесс теплообмена в системе будет протекать следующим образом: пар отдаёт тепло воде; вода получает тепло. Пар отдаёт тепло воде в сосуде в два этапа: Запишем выражения для расчёта количеств теплоты, которые отдаёт пар и принимает вода в сосуде: количество теплоты, полученное водой. Q 2 = количество теплоты, отданное паром. Q 1 = В соответствии с уравнением теплового баланса: Q 1 = Q 2 . Раскроем уравнение теплового баланса. 1) в процессе конденсации при температуре t о 2 = 1 00 o C и 2) при охлаждении полученной из пара воды от t о 2 = 1 00 o C до t o 3 .

Слайд 20

После раскрытия скобок в левой и правой части равенства получим Отсюда 12. Для приближённого определения удельной теплоты парообразования воды ученик проделал следующий опыт. На электроплитке он нагрел воду, причём оказалось, что на нагревание её от t o 1 = 20 o C до t o 2 = 90 o C потребовалось t 1 = 15 минут, а для обращения 0,1 её массы в пар – t 2 = 11,7 минут. Какова удельная теплота парообразования воды по данным эксперимента? Удельная теплоёмкость воды с = 4200 Дж/(кг · К). Тепловую мощность электроплитки считать неизменной. Решение. Запишем выражение для количества теплоты, полученного от электроплитки при нагревании воды от 20 до 90 о С:

Слайд 21

Q 1 = Pt 1 = mc(t o 2 – t o 1 ), где Р – мощность электроплитки, m – масса воды. Запишем выражение для количества теплоты, полученного от электроплитки при парообразовании: Q 2 = Pt 2 = 0,1 mL, где L – удельная теплота парообразования воды. Разделим друг на друга левые и правые части соответственно двух полученных выражений: Отсюда

Слайд 22

13. В стальной сосуд массой m 1 = 200 г налили V = 1,2 л воды при t o 1 = 20 о С. В воду опустили кусок мокрого снега массой m = = 100 г . Когда снег растаял, установилась температура t o 2 = 1 5 o C. Какая масса воды содержалась в мокром снеге? Удельная теплоёмкость стали с 1 = 460 Дж/(кг · 1 о С), удельная теплота плавления льда λ = 3,34 · 10 5 Дж/кг, плотность воды ρ = 10 3 кг/м 3 , удельная теплоёмкость воды с 2 = 4200 Дж/(кг · 1 о С) . Решение. Определим направление теплообмена в системе "стальной сосуд + тающий лёд + вода": вода и сосуд отдают тепло; тающий снег получает тепло. Q 1 = количество теплоты, отданное стальным сосудом. Q 2 = количество теплоты, отдан- ное водой в сосуде ( m 2 = ρ V – масса воды в сосуде) . Снег – мокрый. Это значит, что он тает. Но температура плавящегося кристаллического тела (считаем снег кристалликами льда) не изменяется, пока всё оно не перейдёт в жидкое состояние.

Слайд 23

В соответствии с уравнением теплового баланса : Q 1 + Q 2 = Q 3 + Q 4 Таким образом, мокрый снег получает количество теплоты в два этапа:1) плавление льда (в снеге) при 0 о С и 2) нагрев всей воды, полученной из снега , от 0 о С до t o 2 = 1 5 o C. Тогда Q 3 = количество теплоты, затраченное на плавле- ние льда в мокром снеге ( m в – масса воды в снеге). количество теплоты, затраченное на нагрев всей воды, полученной из снега. Q 4 = Раскроем уравнение теплового баланса. Проведём с полученным выражением алгебраические преобразования и определим значение m в .

Слайд 24

Отсюда 14. В сосуд, содержащий m 1 = 10 кг льда при t o 1 = 0 o C, влили m 2 = = 3 кг воды при t o 2 = 90 о С . Какая установится температура? Расплавится ли весь лёд? Если нет, то какая его часть останется в твёрдом состоянии? Теплоёмкость сосуда не учитывать. Удельная теплоёмкость воды с = 4200 Дж/(кг · 1 о С), удельная теплота плавления льда λ = 3,34 · 10 5 Дж/кг. Решение. Оценим, какое количество теплоты может отдать вода при её максимальном охлаждении (до 0 о С): Оценим, какое количество теплоты потребуется для плавления всего льда в сосуде:

Слайд 25

Как следует из оценок, для плавления всего льда недостаточно количества теплоты, которое может отдать вода при её максимальном охлаждении. Это значит, что в сосуде в состоянии теплового равновесия при 0 о С будет находиться смесь из воды, которая уже была налита в сосуд, воды, полученной из растаявшего льда, и оставшейся части льда. Теплообмен в данной системе и фазовые превращения прекратятся тогда, когда температура в сосуде станет равной нулю. Воде, чтобы стать льдом при 0 о С, нужно отдать окружающим телам некоторое количество теплоты . Для этого температура других тел должна быть меньше нуля. Льду, чтобы расплавиться при 0 о С, нужно получить от окружаю- щих тел некоторое количество теплоты . Для этого температура других тел должна быть выше нуля. И тот, и другой процесс невозможны, так как температура воды и льда в сосуде одинакова. Поэтому температура смеси "вода + лёд" будет оставаться неизменной и равной 0 о С.

Слайд 26

Определим, какая масса льда расплавится при максимальном охлаждении воды: В сосуде останется лёд массой: m л = m 1 – m в = 10 кг – 3,4 кг = 6,6 кг. Доля оставшегося в сосуде льда составит: Подведём итог исследованию: 1. В сосуде в конце процесса теплообмена между водой и льдом установится температура 0 о С. 2. К концу процесса теплообмена растает 34% льда, 66% льда останется в твёрдом состоянии.

Слайд 27

3. Дальнейшеё поведение системы "лёд + вода" зависит от того, будет ли система получать тепло от более горячих тел (в этом случае весь лёд растает, и в сосуде будет только вода), или отдавать тепло более холодным телам (в этом случае вся вода замерзнёт, и в сосуде будет только лёд). 4. Если сосуд останется теплоизолированным, то температура в нём останется равной 0 о С, и равновесие льда и воды сохранится. 15. В сосуде содержится смесь из m 1 = 200 г воды и m 2 = 130 г льда при t o 1 = 0 o C . Какой будет окончательная температура, если в сосуд ввести m 3 = 2 5 г пара при t o 2 = 100 o C? Удельная теплоёмкость воды с = 4200 Дж/(кг · 1 о С), удельная теплота её парообразования L = 2,26·10 6 Дж/кг , удельная теплота плавления льда λ = 3,34 · 10 5 Дж/кг . Решение. Для плавления льда при температуре t o 1 = 0 o C требуется Q 2 = m 2 λ = 43420 Дж теплоты. При конденсации водяного пара при температуре t o 2 = 100 o C выделяется количество теплоты Q 3 = m 3 L = 56500 Дж > Q 2 .

Слайд 28

Полученный результат означает, что после конденсации пара лёд в сосуде весь расплавится, а затем вода, находившаяся в сосуде, и вода, полученная из льда, будут нагреваться. Водяной пар будет отдавать теплоту в два этапа: 1) в процес-се конденсации при 100 о С и 2) в процессе охлаждения полученной из пара воды от 100 о С до некоторой равновесной температуры t o 3 . Вычислим полученное и отданное количества теплоты в системе: m 1 c(t o 3 – t o 1 ) + m 2 λ + m 2 c(t o 3 – t o 1 ) – полученное количество тепло- ты; m 3 L + m 3 c(t o 2 – t o 3 ) – отданное количество теплоты. В соответствии с уравнением теплового баланса: m 1 c(t o 3 – t o 1 ) + m 2 λ + m 2 c(t o 3 – t o 1 ) = m 3 L + m 3 c(t o 2 – t o 3 ). Отсюда получим выражение для t o 3 и его значение : ( m 1 + m 2 + m 3 )ct o 3 = ( ( m 1 + m 2 )t o 1 + m 3 t o 2 )c + m 3 L – m 2 λ ;

Слайд 29

16. В колбе находится вода при 0 о С. При выкачивании из колбы воздуха часть воды испаряется, а остальная – замерзает. Какая часть воды при этом испаряется, если притока теплоты извне нет? Удельная теплота парообразования воды при этой температуре L = 2, 48 ·10 6 Дж/кг, удельная теплота кристаллизации воды λ = 3,34 · 10 5 Дж/кг . Решение. В данном процессе теплообмен системы с внешними телами по условию отсутствует ( Q = 0) ; работа системы над внешними телами также отсутствует (А ' = 0). В соответствии с первым законом термодинамики внутренняя энергия системы остаётся неизменной: её температура остаётся постоянной (равной 0 о С); увеличение потенциальной энергии молекул водяного пара Δ U 1 = m п L равно модулю уменьшения потенциальной энергии молекул льда | Δ U 2 | = ( m – m п ) λ , где m п – масса пара, m – масса всей воды в сосуде, m – m п – масса льда. Приравняем выражения для Δ U 1 и | Δ U 2 |: m п L = ( m – m п ) λ .

Слайд 30

Отсюда m п ( L + λ ) = m λ . доля испарившейся воды. 17. До какой температуры следует нагреть алюминиевый куб, чтобы, поставленный на лёд, он мог полностью в него погрузиться? Температура льда 0 о С. Удельная теплота плавления льда λ = 3,34 · 10 5 Дж/кг, его плотность ρ л = 900 кг/м 3 , удельная теплоёмкость алюминия с = 890 Дж/(кг · 1 о С), его плотность ρ а = 2700 кг/м 3 . Решение. Q 1 = ρ a Vc(t o – 0 o ) = ρ a Vct o – количество теплоты, отданное алюминиевым кубом при охлаждении от t o до 0 о С (V – объём куба). Q 2 = ρ л V λ – количество теплоты, полученное льдом в объёме куба при плавлении. Запишем уравнение теплового баланса в данной системе: Q 1 = Q 2 ; ρ a Vct o = ρ л V λ .

Слайд 31

Отсюда ρ a ct o = ρ л λ ; искомая температура куба. 18. Железный шарик радиусом R, нагретый до температуры t o , положили на лёд, температура которого 0 о С. На какую глубину h шарик погрузится в лёд? Теплопроводностью льда и работой силы тяжести пренебречь. При расчёте считать, что шарик погрузился в лёд полностью. Удельная теплоёмкость железа с, его плотность ρ ж ; удельная теплота плавления льда λ , его плотность ρ л . h R Решение. Определим объём V л растаявшего льда (см. рисунок): он равен разности объёма цилиндра высотой h и площадью поперечного сечения π R 2 и объёма V' л , оставшегося под шариком (этот объём на рисунке заштрихован). Вычислим объём V ' л : V' л = π R 2 R – o бъём шара радиуса R.

Слайд 32

Тогда V л = π R 2 h – π R 2 h = V л + h = Запишем уравнение теплового баланса: m ш c ( t o – 0 o ) = ρ ж Q 1 = количество теплоты, отданное железным шариком ( m ш – масса железного шарика). m л λ = ρ л V л λ – Q 2 = количество теплоты, полученное льдом. Отсюда h = глубина погружения железного шарика в лёд.

Слайд 33

1 9 . В куске льда, находящемся при 0 о С, сделано углубление, объём которого V = 160 см 3 . В это углубление влито m в = 60 г воды, температура которой t o = 75 o C. Какой объём будет иметь свободное от воды углубление, когда вода остынет? Удельная теплота плавления льда λ = 3,34 · 10 5 Дж/кг, его плотность ρ л = = 900 кг/м 3 , плотность воды ρ в = 1000 кг/м 3 , её удельная теплоёмкость с = 4200 Дж/(кг · 1 о С). Решение. Q 1 = m в с t o – количество теплоты, которое остыва- ющая вода отдаст льду при максимальном охлаждении. Q 2 = m л λ = ρ л V л λ – количество теплоты, которое получил расплавленный лёд. Запишем уравнение теплового баланса в данной системе: Q 1 = Q 2 ; m в ct o = ρ л V л λ . Отсюда объём растаявшего льда.

Слайд 34

Растаявший лёд стал водой, объём которой составляет Между объёмами растаявшего льда и полученной из него воды образовалась разность Δ V = V л – V' в = 6,29 см 3 . После наливания горячей воды в углубление (до начала плавления льда) свободный от воды объём составлял Свободный от воды объём углубления в момент, когда налитая вода остынет, составит 20. Чистую воду можно охладить до температуры t o = - 10 o C. Какая часть воды превратится в лёд, если начнётся кристаллизация? (Теплообмен происходит только между водой и льдом).

Слайд 35

Решение. Если в переохлаждённой воде искусственно создать центры кристаллизации, в ней начнёт образовываться лёд. Молекулы воды при этом станут переходить в состояние, соответствующее минимуму их потенциальной энергии. Уменьшение потенциальной энергии одной части молекул воды, образующих лёд, вызовет увеличение энергии теплового движения остальных молекул, которое будет регистрироваться как нагревание воды. В отсутствие теплообмена с окружающими телами в процессе частичной кристаллизации воды произойдёт только перераспре- деление энергии в системе. Полная внутренняя энергия системы останется неизменной, и, следовательно, уменьшение потенциаль- ной энергии части молекул приведёт к соответствующему увеличению кинетической энергии хаотического движения – повы- шению температуры системы. Q 1 = m л λ – количество теплоты, выделенное при кристаллиза- ции воды массой m л ( m л – масса образовавшегося льда ). Q 2 = m л с л (0 о – t o ) – количество теплоты, затраченное на нагрева- ние образовавшегося льда от температуры t o до 0 о С.

Слайд 36

Q 3 = m в с в (0 о – t o ) – количество теплоты, затраченное на нагрева- ние оставшейся воды от температуры t o до 0 о С. Запишем уравнение теплового баланса: Q 1 = Q 2 + Q 3 ; m л λ = m л с л (0 о – t o ) + m в с в (0 о – t o ) Используем соотношения m = m л + m в ; m в = m – m л , где m – масса всей воды в сосуде. Тогда m л λ = m л с л (0 о – t o ) + ( m – m л )с в (0 о – t o ) m л λ + m л с в (0 о – t o ) – m л с л (0 о – t o ) = m с в (0 о – t o ) m л ( λ + ( с в – с л )(0 о – t o ) ) = m с в (0 о – t o ) доля (часть) во- ды, превратившейся в лёд.

Слайд 37

21. Два одинаковых калориметра высотой h = 75 см заполнены на 1/3. Первый – льдом, образовавшимся в результате замерзания налитой в него воды, второй – водой при температуре t o в = 10 о С. Воду из второго калориметра переливают в первый, в результате чего он оказывается заполненным на 2/3. После того как температура в первом калориметре установилась, уровень заполнения его увеличился на Δ h = 0,5 см. Какова начальная температура льда в первом калориметре? Решение. Если бы в результате теплообмена между льдом и водой весь лёд (или его часть) растаял, то уровень заполнения первого калориметра стал бы меньше 2/3 его высоты (плотность воды больше плотности льда). Увеличение уровня заполнения первого калориметра означает, что вода, перелитая из второго калориметра, полностью или частично кристаллизовалась. Вычислим увеличение уровня заполнения первого калориметра в случае, если бы вся перелитая из второго калориметра вода кристаллизовалась.

Слайд 38

S – площадь поперечного сечения калориметра. По условию задачи Δ h < Δ h 1 . Это значит, что в лёд преврати- лась не вся вода, перелитая из второго калориметра, а только её часть. Равновесие льда и воды при атмосферном давлении может быть только при температуре 0 о С. Пусть m в = ρ в Sh/3 – масса воды, перелитой в первый кало- риметр из второго, Δ m – масса воды, перелитой из второго калориметра, которая превратилась в лёд. Таким образом, в первом калориметре в состоянии теплового равновесия будет находиться смесь из льда и воды при температуре 0 о С. объём смеси "лёд + вода". Тогда

Слайд 39

Отсюда Запишем уравнение теплового баланса в данной системе: m л с л (0 о – t o л ) = m в с в ( t o в – 0 о ) + Δ m· λ , где Q 1 = m л с л (0 о – t o л ) – количество теплоты, полученное льдом из первого калориметра при нагревании от t o л до 0 о С; Q 2 = m в с в ( t o в – 0 о ) – количество теплоты, отданное водой из второго калориметра при охлаждении от t o в до 0 о С; Q 3 = Δ m · λ – количество теплоты, отданное частью воды из второго калориметра при кристаллизации. Раскроем уравнение теплового баланса и получим значение начальной температуры льда в первом калориметре.

Слайд 40

– m л с л t o л = m в с в t o в + Δ m· λ ; начальная темпера- тура льда в первом калориметре. 22. В закрытом сосуде с водой при температуре 0 о С плавает лёд массой М, в который вмёрзла свинцовая дробинка массой m. Какое количество теплоты нужно подвести к системе "лёд – – свинец", чтобы льдинка полностью погрузилась в воду? Плотности свинца, льда и воды равны соответственно ρ с , ρ л , ρ в ; удельная теплота плавления льда λ .

Слайд 41

Решение. Пусть Δ М – масса растаявшего льда. Запишем условие плавания льда со свинцовой дробинкой после таяния части льда: V л = (М – Δ М)/ ρ л – объём непосредственно льда, V c = m/ ρ с – объём свинцовой дробинки. Отсюда количество теплоты, подведённое к системе "лёд – свинец". Q = Δ M· λ – Q =