Тепловые явления. Первый закон термодинамики
Тепловые явления. Первый закон термодинамики
Карточки для фронтальной работы
1ПФ1. 1) Что понимают под внутренней энергией газа? От чего зависит внутренняя энергия идеального газа?
2) Вычислите внутреннюю энергию идеального газа при температуре 300 К для одного моля.
1ПФ2. 1) Какими способами можно изменить внутреннюю энергию тела? Запишите формулу для расчета изменения внутренней энергии тела при его нагревании или охлаждении.
2) На сколько изменится внутренняя энергия воды массой б кг при нагревании от 20 до 100 °С? Удельная теплоемкость воды равна 4,2 ■ 103 Дж/(кг – К).
ШФЗ. 1) Что показывает удельная теплоемкость вещества? Сравните ее с теплоемкостью тела.
2) Какое количество теплоты необходимо для нагревания воды массой 2 кг, взятой при температуре 20 °С, до кипения в чайнике с теплоемкостью 120Дж/К?
1ПФ4. 1) Приведите примеры изменения внутренней " энергии тела путем совершения механической работы. На сколько изменится внутренняя энергия тела, если известна совершенная работа? (Механическая энергия тела не изменилась. ) '
2) При быстром сжатии горючей смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания температура смеси повышается. Почему?
3) Тело массой [2 кг падает с высоты 10 м. На сколько изменится внутренняя энергия тела, если 50% теплоты, выделившейся при ударе, идет на нагревание тела?
П1Ф5. 1) Запишите первый закон термодинамики. Объясните, в каких случаях работа – величина положительная, а в каких – отрицательная.
2) На сколько изменится внутренняя энергия газа, если ему сообщили количество теплоты 2 – 105 Дж и газ при этом, расширяясь, совершил работу, равную 0,5 ■ 102 Дж?
ШФ6. 1) Как вычислить работу, совершаемую газом, при изо-барном расширении? Как графически определяется работа газа в этом процессе? (Покажите на графике изотермического процесса, как определяется работа, совершаемая газом. )
2) Газ изобарно расширяется от объема 5 – Ю-3 до 15 ■ 10~3 м3 при давлении 2 – 105 Па. Найдите работу, совершаемую газом. Сделайте пояснение графически.
П1Ф7. 1) Примените первый закон термодинамики для случая изохорного процесса. На что расходуется теплота, сообщенная газу? На сколько изменяется при этом внутренняя энергия газа?
2) Найдите изменение внутренней энергии газа при изохорном нагревании на 80 К, если его масса 1 кг, а удельная теплоемкость при постоянном объеме равна 745 Дж/(кг – К).
1ПФ8. 1) Примените первый закон термодинамики для случая изотермического процесса. На что расходуется теплота, сообщенная газу? Может ли изотермически расшириться идеальный газ без сообщения теплоты извне?
2) Какое количество теплоты было передано газу, если при изотермическом расширении он совершил работу, равную 1500 Дж? Изменилась ли внутренняя энергия газа?
ШФ9. 1) Примените первый закон термодинамики для случая изобарного процесса.
2) На сколько изменится внутренняя энергия кислорода массой 2 кг при изобарном нагревании его на 12 К, если давление оставалось равным 2 – 105 Па, а объем увеличился на 1,5 м3? Удельную теплоемкость кислорода примите равной 920 Дж/(кг – К). Какую работу совершил газ при расширении и какое количество теплоты ему было сообщено?
1ПФ101. 1) Какой процесс называют испарением? Изменяется ли при этом кинетическая энергия молекул? Изменяется ли потенциальная энергия молекул?
1 Карточки 1ПФ10-ШФ16 могут быть использованы при изучении зачетного раздела «Свойства паров, жидкостей и твердых тел».
2) Почему сильная жара труднее переносится в болотистых местностях, чем в песчаных?
3) Почему вода в разрежённом воздухе под колоколом воздушного насоса испаряется чрезвычайно быстро? Влияет ли ветер на показания
термометра?
1МФ11. 1) Что называют удельной теплотой парообразования? В каких единицах измеряют эту величину? Удельная теплота парообразования воды при температуре 100 °С равна 2,256 – 106 Дж/(кг ■ К). Что это значит?
2) От каких факторов зависит удельная теплота парообразования? Объясните зависимость удельной теплоты парообразования от температуры на основе молекулярно-кинетической теории.
3) Почему овощи и фрукты быстрее высыхают в вакууме?
II №12. 1) Запишите формулу для расчета количества теплоты, необходимого для превращения жидкости в пар при неизменной температуре. Как изменилась при этом внутренняя энергия?
2) Какое количество теплоты необходимо для превращения в стоградусный пар воды массой 10 кг, взятой при температуре 100 °С? при температуре 20 °С?
П1Ф13. 1) Какой процесс называют конденсацией пара? Запишите формулу для расчета количества теплоты, выделяющегося при конденсации пара в жидкость. Почему ожог паром опаснее, чем кипятком?
2) Какое количество теплоты выделится при конденсации водяного пара массой 200 кг, взятого при температуре 100°С?
3) Почему в карбюраторе во время образования горючей смеси температура понижается?
1ПФ14. 1) Какой процесс называют кипением? В чем различие процессов кипения и испарения? Как изменяется при этом внутренняя энергия?
2), (От чего зависит температура кипения? Может ли вода кипеть при температуре 20 °С? При каких условиях?
3) Парообразование при кипении происходит при постоянной температуре, а парообразование при испарении – с понижением температуры. Чем это обусловлено?
1ПФ15. 1) Какова особенность плавления кристаллических тел? Что показывает удельная теплота плавления? Во время ледохода вблизи реки холоднее, чем вдали от нее. Почему?
12) Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы лед массой 2 кг, взятый при температуре 0 °С, превратить в воду? На сколько при этом изменится внутренняя энергия?
ШФ16. 1) Почему в процессе плавления кристаллических тел температура не изменяется? На что расходуется энергия, подводимая к телу при плавлении?
2) Какое количество теплоты необходимо сообщить льду массой б кг, взятому при температуре -5 °С, чтобы его расплавить?
3) В домашнем холодильнике образуется пищевой лед массой 270 г при температуре 0°С. Какое количество теплоты выделяется при этом, если начальная температура воды была 20 °С?
ШФ17. 1) Что понимают под адиабатным процессом? Как вы-глядит график адиабатного расширения в координатах р, V? Начертите примерный график изотермического и адиабатного расширения газа из одного и того же состояния.
2) Почему уровень ртути понижается, если термометр поместить в струю воздуха, вытекающего из камеры волейбольного мяча? Влияет ли ветер на показания термометра?
3) При накачивании воздуха в шину автомобиля он нагревается. Почему?
ШФ18. 1) Что называют коэффициентом полезного действия машины? Запишите формулу для определения КПД тепловой машины ,и объясните, почему КПД любой тепловой машины меньше 1. Каковы пути повышения КПД? Может ли КПД тепловых машин быть равным 100%, если трение в частях машин свести к нулю? У, 2) Тепловая машина совершает работу 200 Дж за счет каждого килоджоуля, получаемого от нагревателя. Найдите КПД тепловой машины.
1ПФ19. 1) Запишите формулу для расчета КПД идеальной тепловой машины. От каких величин зависит ее КПД? Какими путями его можно повысить? Может ли КПД этой машины быть равным 100%? Ответ обоснуйте.
2) Температура нагревателя идеальной тепловой машины равна 127 °G, а холодильника 27 °С. Каков КПД этой машины?
ШФ20. 1) Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания?
2) За счет чего происходит работа по перемещению поршня в цилиндре в таком двигателе? В чем состоит принципиальное отличие двигателя Дизеля от карбюраторного двигателя? Каковы их взаимные преимущества и чем они отличны друг от друга?
3) Что служит холодильником у двигателя внутреннего сгорания?
Карточки-задания для индивидуальной и групповой работы
НШ1А1. В процессе изобарного расширения газа была совершена работа, равная 400 Дж. При каком давлении совершался процесс, веди объем газа изменился с 0,3 до 0,6 м3?
29
1ПИ1А2. Какую работу совершил газ в процессе изобарного расширения при давлении 4 – 105 Па, если его температура повысилась с 17 °С до 300 К, а объем достиг 4 – 10~3 м8?
ПШ1АЗ. В цилиндре, расположенном вертикально, под поршнем массой 50 кг находился углекислый газ массой 2 кг. В результате нагревания газа на 40 °С он расширился и поршень занял новое положение. Чему равна работа, совершенная газом в процессе расширения, если давление газа определялось весом поршня?
(Использовав уравнение Менделеева – Клапейрона для двух состояний газа, получите выражение для расчета работы газа при изобарном процессе. )
1ПШБ1. При изобарном расширении газа была совершена работа, равная 600 Дж. На сколько изменился объем газа, если давление газа было 4 – 105 Па? Сделайте пояснение к задаче графически, считая начальный объем газа равным 5 – 10"3 м3.
ШИ152. Определите давление, под которым находился газ, если он при изобарном расширении совершил работу 1 кДж при изменении температуры от 27 до 127 °С. Начальный объем газа равен 6 – Ю-3 м3.
1ПИ1БЗ. Углекислый газ массой 10 г нагрет от 20 до 30 °С при постоянном давлении. Найдите работу расширения газа.
ШИ2А11. На сколько изменится внутренняя энергия воды массой 1 кг, взятой при температуре 20 °С, после нагревания ее до температуры 100 °С и превращения ее в пар?
П1И2А2. Рассчитайте изменение внутренней энергии водяного пара массой 300 г, взятого при температуре 100 °С, при его конденсации и охлаждении полученной воды до температуры 30 °С.
ШИ2АЗ. На спиртовке вскипятили воду массой 500 г, первоначальная температура которой 20 °С. Был сожжен спирт массой 70 г. Сколько воды выкипело, если КПД спиртовки 40%? Теплоемкостью сосуда пренебрегите.
П1И2Б1. На сколько изменится внутренняя энергия воды массой 100 кг, взятой при температуре 15 °С, при ее нагревании до кипения?
1ПИ2Б2. На какую высоту можно было бы поднять гирю массой 1 кг за счет внутренней энергии, которую отдает, стакан кипятка массой 0,24 кг при охлаждении от 100 до 0 СС?
1 Задания П1И2. . . -ШИЗ. . . могут быть использованы при изучении следующего зачетного раздела.
ШИ2БЗ. В сосуде нагреваются вода объемом 1 л и лед массой 50 г, начальная температура которых 0 °С. Через сколько времени закипит вода, если мощность нагревателя 500 Вт, а его КПД 60%? Теплоемкость сосуда и нагревателя не учитывайте. ч
1НИЗА1. Какое количество теплоты необходимо сообщить льду массой 2 кг, взятому при температуре 0° С, чтобы расплавить его, полученную воду нагреть до кипения, а затем всю ее испарить?
1ПИЗА2. В сосуд, содержащий воду массой 2 кг при температуре 20 °С, опустили лед массой 0,5 кг при температуре 0 °С. Какая температура установится в сосуде после таяния льда? Теплоемкостью сосуда пренебрегите.
ШИЗАЗ. Через сосуд, содержащий воду массой 10 кг и лед массой 0,5 кг при температуре 0 °С, пропускают стоградусный пар. Какое количество пара понадобится, чтобы в сосуде установилась температура 10 °С? Теплоемкостью сосуда пренебрегите.
1ПИ4А1. Автомобиль массой 1 т, двигавшийся со скоростью 36 км/ч, резко затормозил перед светофором. Какое количество теплоты выделилось при торможении?
Н1И4А2. На сколько градусов нагреется вода у основания водопада высотой 10 м? Считайте, что на нагревание воды идет 50% механической энергии.
ШИ4АЗ. Каков расход бензина автомобиля «Запорожец» на пути 1 км при скорости 60 км/ч? Мощность мотора равна 17 кВт, КПД автомобиля 30%.
1ПИ4Б1. Мяч массой 100 г упал с высоты 10 м и подскочил на 7 м. На сколько при этом изменилась внутренняя энергия мяча и поверхности, о которую он ударился?
111И4Б2. С какой скоростью должна лететь свинцовая пуля, чтобы при ударе о препятствие она расплавилась? Ее первоначальная температура равна 27 °С.
П1И4БЗ. Автомобиль «Москвич» расходует бензин массой 5,67 кг на пути 50 км. Определите мощность, развиваемую двигателем, если скорость автомобиля равна 90 км/ч, а КПД – 22%.
;
ПГИ5АЗ. Углекислый газ массой 10 г нагревался от 20 до 30 °С при постоянном давлении. Найдите работу, совершенную газом.
(Используя уравнение Менделеева – Клапейрона, получите выражение для расчета работы газа при изобарном процессе. ) рисунке 14 приведена изобара газа в координатах р, V. Найдите работу, совершенную газом в процессе расширения.
П1И5БЗ. Газ, занимающий объем 10~2 м8 и находящийся под давлением 6 – 105 Па и температуре 27 °С, нагрели на 50 К. Какая при этом работа была совершена газом?
ШИ6А1. В герметически за-крытом сосуде при температуре 7 °С находился азот массой 400 г. В результате нагревания температура повысилась до 300 К. Определите изменение внутренней энергии газа. Удельную теплоемкость азота при постоянном объеме примите равной 745 Дж/(кг– К).
111И6А2. Изменилась ли внутренняя энергия газа в процессе его сжатия, если объем газа уменьшился от 1,0 л до 5 – Ю-4 м3, а давление возросло с 105 до 2 – 105 Па?
,
ШИ6Б1. При изохорном нагревании газа на 100 К ему было сообщено количество теплоты 4150 Дж. На сколько изменилась его внутренняя энергия? Какова теплоемкость этого газа?
П1И6Б2. Кислород массой 100 г нагревают при постоянном объеме, причем внутренняя энергия его изменилась на 1300 Дж. На сколько градусов был нагрет газ? Удельную теплоемкость кислорода при постоянном объеме примите равной 650 Дж/(кг – К).
П1И6БЗ. Гелий массой 1 г был нагрет на 100 К при постоянном давлении. Какое количество теплоты получил газ? Примите удельную теплоемкость гелия при постоянном давлении равной 5,21 – 103 Дж/(кг – К).
1ПИ7А1. Найдите КПД тепловой машины, если совершается работа 250 Дж на каждый 1 кДж теплоты, полученной от нагревателя. Какое количество теплоты отдается холодильнику?
1НИ7А2. Рассчитайте КПД идеальной тепловой машины, если температура нагревателя 727 °С, а холодильника 327 °С. Какая работа была совершена, если от нагревателя получено количество теплоты, равное 5 – 104 Дж?
1НИ7АЗ. Температура нагревателя идеальной тепловой машины равна 207 РС, а холодильника 17 °С. Ежесекундно машина получает от нагревателя количество теплоты, равное 5 – 104 Дж. Найдите КПД тепловой машины, мощность машины, количество теплоты, отдаваемое каждую секунду холодильнику.
П1И7Б1. Какую работу совершает тепловая машина с КПД, равным 20%, если за один цикл от нагревателя поступает количество теплоты, равное 3 – 103 Дж?
П1И7Б2. Идеальная тепловая машина получает от нагревателя, температура которого 500 К, количество теплоты, равное 3360 Дж за каждый цикл. Найдите КПД этой машины, если температура холодильника 400 К. Какая работа совершается за один цикл?
И. В. Устинова, МБУ школа № 40, Тольятти, Самарская область
Метки: Физика