Завдання для дистанційного навчання

Фізика, 10 клас

Завдання  з  фізики  на  період  з  29.03  до  23.04.2021  року

Тема уроку: Розв’язування задач по темі. Необоротність теплових процесів. Ентропія

Матеріал до уроку

Задача 1. Температура пари в нагрівнику парової турбіни дорівнює 227 °С, тем- пература холодильника дорівнює 27 °С. Визначте (у відсотках) максимально можливе значення ККД парової турбіни.

Задача 2. Теплова машина, яка працює за циклом Карно, отримує від нагрівника за кожен цикл 2000 Дж. теплоти. Температура нагрівника 500К, холодильника – 300К. Яку механічну роботу виконує дана машина за один цикл та яку кількість теплоти при цьому буде віддано холодильнику? Визначте ККД даної машини.

Необоротним називається фізичний процес, який може мимовільно протікати тільки в одному визначеному напрямку.

Необоротними є практично всі процеси, що відбуваються в природі. Це пов’язано з тим, що в будь-якому реальному процесі частина енергії розсіюється за рахунок випромінювання, тертя і т. д. Наприклад, тепло, як відомо, завжди переходить від більш гарячого тіла більш холодному — це найбільш типовий приклад незворотного процесу (хоча зворотний перехід не суперечить закону збереження енергії).

Другий закон термодинаміки — один з основних законів термодинаміки, що встановлює необоротність реальних термодинамічних процесів.

Німецький вчений Р. Клаузіус формулював закон так: неможливо перевести теплоту від більш холодної системи до більш гарячої системи при відсутності інших одночасних змін в обох системах або оточуючих тілах. Це означає, що теплота не може мимоволі переходити від більш холодного тіла до більш гарячого (принцип Клаузіуса).

Згідно формулюванню Томсона процес, при якому робота переходить в тепло без яких-небудь інших змін стану системи, є необоротним, тобто неможливо перетворити в роботу все тепло, взяте від тіла, не роблячи ніяких інших змін стану системи (принцип Томсона).

Вперше поняття «ентропії» ввів у 1865 р. німецький фізик Рудольф Клаузіус. Ентропією він назвав функцію стану термодинамічної системи, що визначає міру необоротного розсіювання енергії.

Будь-який термодинамічний процес, що проходить в системі, складається з деякої кількості переходів системи з одного стану в інший. Приведеною теплотою називають відношення кількості теплоти в ізотермічному процесі до температури, при якій відбувається передача цієї теплоти.

Q’ = Q/T.

Для будь-якого незамкнутого термодинамічного процесу існує така функція системи, зміна якої при переході з одного стану в інший дорівнює сумі приведених теплот. Цю функцію Клаузіус назвав «ентропія» і позначив її буквою S, а відношення загальної кількості теплоти ∆Q до величини абсолютної температури Т назвав зміною ентропії.

Ентропію називають мірою здатності теплоти необоротно розсіюватися. Її зміна показує, яка кількість енергії безладно розсіюється в навколишнє середовище у вигляді теплоти.

У замкнутій ізольованій системі, що не обмінюється теплом з навколишнім середовищем, при оборотних процесах ентропія не змінюється.

Звичайно, в природі таких процесів не існує. Адже будь-яка зміна в системі порушує її рівноважний стан. В ній починають відбуватися різні перехідні процеси релаксації, що прагнуть повернути систему в стан рівноваги. Але термодинамічні процеси, що протікають досить повільно, цілком можуть розглядатися як квазістатичні.

На практиці існує безліч термодинамічних задач, для вирішення яких потрібно створення складної апаратури, створення тиску у кілька сот тисяч атмосфер, підтримання високої температури протягом тривалого часу. А квазістатичні процеси дозволяють розрахувати ентропію для таких реальних процесів, передбачити, як може проходити той чи інший процес, реалізувати який на практиці дуже складно.

Виконайте у зошиті самостійну роботу. Визначте правильну, на вашу думку, відповідь.

I.      Робочим тілом у теплових двигунах є:

А охолоджене повітря                 В нагріте повітря

Б охолоджена пара                       Г нагріта пара або газ

II.    Виберіть спроб збільшення ККД ідеального теплового двигуна.

А Збільшити температуру охолоджувача

Б Зменшити температуру наґрівача

В Збільшити температуру наґрівача і зменшити температуру охолоджувача

Г Зменшити температуру охолоджувача

III.  Вкажіть процеси, з яких складається цикл Карно:

А дві ізобари, дві ізохори

Б дві ізохори, дві ізотерми

В дві ізобари, дві ізотерми

Г дві ізотерми, дві адіабати

IV. Теплова машина одержала від нагрівника кількість теплоти 600 кДж, а передала охолоджувачу 480 кДж. ККД теплової машини становить:

А 20 %      Б. 18 %       В. 16 %       Г 14 %

V.     Визначте ККД теплової машини, якщо температура нагрівника 400 К, а тем- пература охолоджувача 280 К:

А 43 %       Б 39 %        В 34 %       Г 30 %

VI. Чи може ККД теплового двигуна становити 100 % і за яких умов?

А Може, якщо тертя в деталях звести до нуля

Б Не може, оскільки неможливо досягти абсолютного нуля температур

В Може, якщо процес адіабатний

Г Не може, оскільки це б суперечило законам термодинаміки

VII.  Які види теплових машин дозволяють передавати тепло від менш нагрітого тіла до більш нагрітого?

А Парові машини

Б Двигуни внутрішнього згоряння

В Холодильні машини

Г Газові та парові турбіни

VIII.   Укажіть принципову відмінність в роботі холодильної машини і теплового двигуна.

А Робота виконується не робочим тілом холодильної машини, а над ним

Б Температура нагрівника холодильної машини нижча, ніж нагрівника теп- лового двигуна

В Температура нагрівника холодильної машини вища, ніж у теплового двигуна

Г ККД холодильної машини більший, ніж теплового двигуна

Домашнє завдання

Написати конспект у зошит.

Переглянути  відео "Закони  термодинаміки"  за  посиланням:  https://www.youtube.com/watch?v=TUr9YEJKKDY

Контрольна робота № 6 з теми «Молекулярна фізика та термодинаміка. Частина 1»

І-В

1. Внутрішня енергія тіла – це…                                                                                              (0,5 б.)

         а) сума кінетичної та потенціальної енергії тіла;

          б) сумарна енергія руху та взаємодії молекул, з яких складається тіло;

         в) сумарна енергія взаємодії молекул, з яких складається тіло.

2. Робота газу при ізобарному процесі визначається за формулою…                           (0,5 б.)    

         а) А = pΔS;                          б) A = pΔT;                       в) A = pΔV.

3. Машина, яка перетворює внутрішню енергію палива на механічну енергію, має назву…  (0,5 б.)    

           а) ідеальна машина;      б) тепловий двигун;        в) холодильна машина

4. Укажіть процес, у якому газ не виконує роботу:                                                            (0,5 б.)

    а) ізобарний;     б) ізотермічний;    в) ізохорний;    г) адіабатний.

5. Для адіабатного процесу перший закон термодинаміки виглядає так…                                      (1 б.)

а) Q = ΔU + A;          б)  Q = A ;          в) Q = ΔU;       г)  ΔU=А.

 

6. Який ККД ідеальної теплової машини, якщо температура нагрівника дорівнює 377 ºС, а температура холодильника 27 ºС? Розв’яжіть задачу і виберіть правильну відповідь.                                            (1 б.)

         а) 54 %;              б) 46 %;               в) 37 %;                   г) 100 %.

7. Встановити відношення (логічну пару). До кожного рядка, який позначений буквою, доберіть відношення, позначене цифрою.                                                                                                     (2 б.)

А. Внутрішня енергія залежить...	1. ...від тиску газу та зміни об’єму газу
Б. Зміни внутрішньої енергії залежать...	2. ...від кількості теплоти, яку було передано тілу, а також від роботи, яка виконувалася над ним
В. Робота газу під час ізобарного розширення залежить...	3. ...від кінетичної енергії хаотичного руху частинок,які входять до складу тіла, і від потенційної енергії їх взаємодії
Г. Робота газу під час циклічного процесу залежить...	4. ...від ККД циклічного процесу
	5. ...від площі циклу на графікові в координатах р, V

8. Яку роботу здійснює газ під час ізобарного розширення  від 2 л до 3 л?  Тиск  газу  становить 140 кПа.

            а) 140 Дж;                               б) 140 кДж;                          в) 14 Дж.                                  (2 )

9. Яку кількість теплоти треба надати 5кг льоду взятого за температури -15⁰С, щоб його розплавити, а одержану воду нагріти до 80⁰С. Питома теплоємність льоду становить 2,1·10³Дж/(кг·К), води 4,2·10³Дж/(кг·К), питома теплота плавлення льоду 3,35·10⁵Дж/кг.                                                 (3 б.)