Работа в термодинамике - История изменений

User33 в 11:43, 5 июля 2012

2012-07-05T11:43:16Z

User3 в 17:52, 21 августа 2010

2010-08-21T17:52:06Z

← Предыдущая		Версия 17:52, 21 августа 2010
Строка 5:		Строка 5:
	<metakeywords>Физика, 10 класс, Работа в термодинамике</metakeywords>		<metakeywords>Физика, 10 класс, Работа в термодинамике</metakeywords>

-	В результате каких процессов может меняться внутренняя энергия? Вы уже знаете, что есть два вида таких процессов: совершение работы и теплопередача. Начнем с работы. Чему она равна при сжатии и расширении газа и других тел?<br>   '''Работа в механике и термодинамике.''' В ''механике'' работа определяется как произведение модуля силы, модуля перемещения точки ее приложения и косинуса угла между ними. При действии силы на движущееся тело работа равна изменению его кинетической энергии.<br>   В ''термодинамике'' движение тела как целого не рассматривается, речь идет о перемещении частей макроскопического тела друг относительно друга. В результате может меняться объем тела, а его скорость остается равной нулю. Работа в термодинамике определяется так же, как и в механике, но она равна не изменению кинетической энергии тела, а изменению его внутренней энергии.<br>   '''Изменение внутренней энергии при совершении работы.''' Почему при сжатии или расширении тела меняется его внутренняя энергия тела? Почему, в частности, нагревается воздух при накачивании велосипедной шины?<br>   Причина изменения температуры газа в процессе его сжатия состоит в следующем: ''при упругих соударениях молекул газа с движущимся поршнем изменяется их кинетическая энергия''. Так, при движении навстречу молекулам газа поршень во время столкновений передает им часть своей механической энергии, в результате чего газ нагревается. Поршень действует подобно футболисту, встречающему летящий мяч ударом ноги. Нога сообщает мячу скорость, значительно большую той, которой он обладал до удара.<br>   И наоборот, если газ расширяется, то после столкновения с удаляющимся поршнем скорости молекул уменьшаются, в результате чего газ охлаждается. Так же действует и футболист, для того чтобы уменьшить скорость летящего мяча или остановить его, - нога футболиста движется от мяча, как бы уступая ему дорогу.<br>   При сжатии или расширении меняется и средняя потенциальная энергия взаимодействия молекул, так как при этом меняется среднее расстояние между молекулами.<br>   '''Вычисление работы.''' Вычислим работу в зависимости от изменения объема на примере газа в цилиндре под поршнем (''рис.13.1''). <br>[[Image:~~a13~~.1.jpg\|center]]Проще всего вначале вычислить не работу силы [[Image:~~a76~~-5.jpg]], действующей на газ со стороны внешнего тела (поршня), а работу, которую совершает сила давления газа, действуя на поршень с силой [[Image:~~a76~~-6.jpg]]. Согласно третьему закону Ньютона [[Image:~~a76~~-7.jpg]]. Модуль силы, действующей со стороны газа на поршень, равен [[Image:~~a76~~-8.jpg]], где ''p'' - давление газа, а ''S'' - площадь поверхности поршня. Пусть газ расширяется изобарно и поршень смещается в направлении силы [[Image:~~a76~~-6.jpg]] на малое расстояние [[Image:~~a76~~-9.jpg]]. Так как давление газа постоянно, то работа газа равна:<br>[[Image:~~a76~~-1.jpg\|center]]   Эту работу можно выразить через изменение объема газа. Начальный его объем ''V<sub>1</sub>=Sh<sub>1</sub>'', а конечный ''V<sub>2</sub>=Sh<sub>2</sub>''. Поэтому<br>[[Image:~~a76~~-2.jpg\|center]]где [[Image:~~a76~~-12.jpg]] - изменение объема газа.<br>   При расширении газ совершает положительную работу, так как направление силы и направление перемещения поршня совпадают.<br>   Если газ сжимается, то формула (13.3) для работы газа остается справедливой. Но теперь [[Image:~~a76~~-13.jpg]], и поэтому [[Image:~~a76~~-14.jpg]] (''рис.13.2'').<br>[[Image:~~a13~~.2.jpg\|center]]   Работа ''A'', совершаемая внешними телами над газом, отличается от работы самого газа ''A''´ только знаком: [[Image:~~a76~~-16.jpg]], так как сила [[Image:~~a76~~-5.jpg]], действующая на газ, направлена против силы [[Image:~~a76~~-6.jpg]] а перемещение поршня остается тем же самым. Поэтому работа внешних сил, действующих на газ, равна:<br>[[Image:~~a76~~-3.jpg\|center]]   При сжатии газа, когда [[Image:~~a76~~-17.jpg]], работа внешней силы оказывается положительной. Так и должно быть: при сжатии газа направления силы и перемещения точки ее приложения совпадают.<br>   Если давление не поддерживать постоянным, то при расширении газ теряет энергию и передает ее окружающим телам: поднимающемуся поршню, воздуху и т. д. Газ при этом охлаждается. При сжатии газа, наоборот, внешние тела передают ему энергию и газ нагревается.<br>   '''Геометрическое истолкование работы.''' Работе ''A´ ''газа для случая постоянного давления можно дать простое геометрическое истолкование.<br>   Построим график зависимости давления газа от занимаемого им объема (''рис.13.3''). Здесь площадь прямоугольника ''abdc'', ограниченная графиком ''p<sub>1</sub>''=const, осью ''V'' и отрезками ''ab'' и ''cd'', равными давлению газа, численно равна работе (13.3):<br>[[Image:~~a76~~-4.jpg\|center]][[Image:~~a13~~.3.jpg\|center]]   В общем случае давление газа не остается неизменным. Например, при изотермическом процессе оно убывает обратно пропорционально объему (''рис.13.4''). В этом случае для вычисления работы нужно разделить общее изменение объема на малые части и вычислить элементарные (малые) работы, а потом все их сложить. Работа газа по-прежнему численно равна площади фигуры, ограниченной графиком зависимости ''p'' от ''V'', осью ''V'' и отрезками ''ab'' и ''cd'', равными давлениям ''p<sub>1</sub>'', ''p<sub>2</sub>'' в начальном и конечном состояниях газа.<br>[[Image:~~a13~~.4.jpg\|center]]<br><br>   ???<br>   1. Почему газы при сжатии нагреваются?<br>   2. Положительную или отрицательную работу совершают внешние силы при изотермическом процессе, изображенном на рисунке 13.2?<br>	+	В результате каких процессов может меняться внутренняя энергия? Вы уже знаете, что есть два вида таких процессов: совершение работы и теплопередача. Начнем с работы. Чему она равна при сжатии и расширении газа и других тел?<br>   '''Работа в механике и термодинамике.''' В ''механике'' работа определяется как произведение модуля силы, модуля перемещения точки ее приложения и косинуса угла между ними. При действии силы на движущееся тело работа равна изменению его кинетической энергии.<br>   В ''термодинамике'' движение тела как целого не рассматривается, речь идет о перемещении частей макроскопического тела друг относительно друга. В результате может меняться объем тела, а его скорость остается равной нулю. Работа в термодинамике определяется так же, как и в механике, но она равна не изменению кинетической энергии тела, а изменению его внутренней энергии.<br>   '''Изменение внутренней энергии при совершении работы.''' Почему при сжатии или расширении тела меняется его внутренняя энергия тела? Почему, в частности, нагревается воздух при накачивании велосипедной шины?<br>   Причина изменения температуры газа в процессе его сжатия состоит в следующем: ''при упругих соударениях молекул газа с движущимся поршнем изменяется их кинетическая энергия''. Так, при движении навстречу молекулам газа поршень во время столкновений передает им часть своей механической энергии, в результате чего газ нагревается. Поршень действует подобно футболисту, встречающему летящий мяч ударом ноги. Нога сообщает мячу скорость, значительно большую той, которой он обладал до удара.<br>   И наоборот, если газ расширяется, то после столкновения с удаляющимся поршнем скорости молекул уменьшаются, в результате чего газ охлаждается. Так же действует и футболист, для того чтобы уменьшить скорость летящего мяча или остановить его, - нога футболиста движется от мяча, как бы уступая ему дорогу.<br>   При сжатии или расширении меняется и средняя потенциальная энергия взаимодействия молекул, так как при этом меняется среднее расстояние между молекулами.<br>   '''Вычисление работы.''' Вычислим работу в зависимости от изменения объема на примере газа в цилиндре под поршнем (''рис.13.1''). <br>[[Image:A13.1.jpg\|center\|182x217px]]Проще всего вначале вычислить не работу силы [[Image:A76-5.jpg\|14x21px]], действующей на газ со стороны внешнего тела (поршня), а работу, которую совершает сила давления газа, действуя на поршень с силой [[Image:A76-6.jpg\|22x25px]]. Согласно третьему закону Ньютона [[Image:A76-7.jpg\|60x20px]]. Модуль силы, действующей со стороны газа на поршень, равен [[Image:A76-8.jpg\|66x20px]], где ''p'' - давление газа, а ''S'' - площадь поверхности поршня. Пусть газ расширяется изобарно и поршень смещается в направлении силы [[Image:A76-6.jpg\|19x22px]] на малое расстояние [[Image:A76-9.jpg\|113x20px]]. Так как давление газа постоянно, то работа газа равна:<br>[[Image:A76-1.jpg\|center\|441x20px]]   Эту работу можно выразить через изменение объема газа. Начальный его объем ''V<sub>1</sub>=Sh<sub>1</sub>'', а конечный ''V<sub>2</sub>=Sh<sub>2</sub>''. Поэтому<br>[[Image:A76-2.jpg\|center\|269x19px]]где [[Image:A76-12.jpg\|104x17px]] - изменение объема газа.<br>   При расширении газ совершает положительную работу, так как направление силы и направление перемещения поршня совпадают.<br>   Если газ сжимается, то формула (13.3) для работы газа остается справедливой. Но теперь [[Image:A76-13.jpg\|57x17px]], и поэтому [[Image:A76-14.jpg\|52x14px]] (''рис.13.2'').<br>[[Image:A13.2.jpg\|center\|192x212px]]   Работа ''A'', совершаемая внешними телами над газом, отличается от работы самого газа ''A''´ только знаком: [[Image:A76-16.jpg\|69x14px]], так как сила [[Image:A76-5.jpg\|16x24px]], действующая на газ, направлена против силы [[Image:A76-6.jpg\|21x24px]] а перемещение поршня остается тем же самым. Поэтому работа внешних сил, действующих на газ, равна:<br>[[Image:A76-3.jpg\|center\|233x30px]]   При сжатии газа, когда [[Image:A76-17.jpg\|135x18px]], работа внешней силы оказывается положительной. Так и должно быть: при сжатии газа направления силы и перемещения точки ее приложения совпадают.<br>   Если давление не поддерживать постоянным, то при расширении газ теряет энергию и передает ее окружающим телам: поднимающемуся поршню, воздуху и т. д. Газ при этом охлаждается. При сжатии газа, наоборот, внешние тела передают ему энергию и газ нагревается.<br>   '''Геометрическое истолкование работы.''' Работе ''A´ ''газа для случая постоянного давления можно дать простое геометрическое истолкование.<br>   Построим график зависимости давления газа от занимаемого им объема (''рис.13.3''). Здесь площадь прямоугольника ''abdc'', ограниченная графиком ''p<sub>1</sub>''=const, осью ''V'' и отрезками ''ab'' и ''cd'', равными давлению газа, численно равна работе (13.3):<br>[[Image:A76-4.jpg\|center\|298x22px]][[Image:A13.3.jpg\|center\|250x181px]]   В общем случае давление газа не остается неизменным. Например, при изотермическом процессе оно убывает обратно пропорционально объему (''рис.13.4''). В этом случае для вычисления работы нужно разделить общее изменение объема на малые части и вычислить элементарные (малые) работы, а потом все их сложить. Работа газа по-прежнему численно равна площади фигуры, ограниченной графиком зависимости ''p'' от ''V'', осью ''V'' и отрезками ''ab'' и ''cd'', равными давлениям ''p<sub>1</sub>'', ''p<sub>2</sub>'' в начальном и конечном состояниях газа.<br>[[Image:A13.4.jpg\|center\|253x180px]]<br><br>   ???<br>   1. Почему газы при сжатии нагреваются?<br>   2. Положительную или отрицательную работу совершают внешние силы при изотермическом процессе, изображенном на рисунке 13.2?<br>

-		+	<br> ''Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс''
-	''Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс''	+

	<br> <sub>Планирования [[Физика и астрономия\|по физике,]] учебники и книги онлайн, курсы и задания [[Физика 10 класс\|по физике для 10 класса]]</sub>		<br> <sub>Планирования [[Физика и астрономия\|по физике,]] учебники и книги онлайн, курсы и задания [[Физика 10 класс\|по физике для 10 класса]]</sub>

User3 в 17:35, 21 августа 2010

2010-08-21T17:35:06Z

← Предыдущая		Версия 17:35, 21 августа 2010
Строка 1:		Строка 1:
	'''[[Гипермаркет знаний - первый в мире!\|Гипермаркет знаний]]>>[[Физика и астрономия\|Физика и астрономия]]>>[[Физика 10 класс\|Физика 10 класс]]>>Физика: Работа в термодинамике'''		'''[[Гипермаркет знаний - первый в мире!\|Гипермаркет знаний]]>>[[Физика и астрономия\|Физика и астрономия]]>>[[Физика 10 класс\|Физика 10 класс]]>>Физика: Работа в термодинамике'''

		+	<br>

		+	<metakeywords>Физика, 10 класс, Работа в термодинамике</metakeywords>

-	<~~metakeywords~~>~~Физика~~, ~~10 класс~~, Работа в термодинамике</~~metakeywords~~>	+	В результате каких процессов может меняться внутренняя энергия? Вы уже знаете, что есть два вида таких процессов: совершение работы и теплопередача. Начнем с работы. Чему она равна при сжатии и расширении газа и других тел?<br>   '''Работа в механике и термодинамике.''' В ''механике'' работа определяется как произведение модуля силы, модуля перемещения точки ее приложения и косинуса угла между ними. При действии силы на движущееся тело работа равна изменению его кинетической энергии.<br>   В ''термодинамике'' движение тела как целого не рассматривается, речь идет о перемещении частей макроскопического тела друг относительно друга. В результате может меняться объем тела, а его скорость остается равной нулю. Работа в термодинамике определяется так же, как и в механике, но она равна не изменению кинетической энергии тела, а изменению его внутренней энергии.<br>   '''Изменение внутренней энергии при совершении работы.''' Почему при сжатии или расширении тела меняется его внутренняя энергия тела? Почему, в частности, нагревается воздух при накачивании велосипедной шины?<br>   Причина изменения температуры газа в процессе его сжатия состоит в следующем: ''при упругих соударениях молекул газа с движущимся поршнем изменяется их кинетическая энергия''. Так, при движении навстречу молекулам газа поршень во время столкновений передает им часть своей механической энергии, в результате чего газ нагревается. Поршень действует подобно футболисту, встречающему летящий мяч ударом ноги. Нога сообщает мячу скорость, значительно большую той, которой он обладал до удара.<br>   И наоборот, если газ расширяется, то после столкновения с удаляющимся поршнем скорости молекул уменьшаются, в результате чего газ охлаждается. Так же действует и футболист, для того чтобы уменьшить скорость летящего мяча или остановить его, - нога футболиста движется от мяча, как бы уступая ему дорогу.<br>   При сжатии или расширении меняется и средняя потенциальная энергия взаимодействия молекул, так как при этом меняется среднее расстояние между молекулами.<br>   '''Вычисление работы.''' Вычислим работу в зависимости от изменения объема на примере газа в цилиндре под поршнем (''рис.13.1''). <br>[[Image:a13.1.jpg\|center]]Проще всего вначале вычислить не работу силы [[Image:a76-5.jpg]], действующей на газ со стороны внешнего тела (поршня), а работу, которую совершает сила давления газа, действуя на поршень с силой [[Image:a76-6.jpg]]. Согласно третьему закону Ньютона [[Image:a76-7.jpg]]. Модуль силы, действующей со стороны газа на поршень, равен [[Image:a76-8.jpg]], где ''p'' - давление газа, а ''S'' - площадь поверхности поршня. Пусть газ расширяется изобарно и поршень смещается в направлении силы [[Image:a76-6.jpg]] на малое расстояние [[Image:a76-9.jpg]]. Так как давление газа постоянно, то работа газа равна:<br>[[Image:a76-1.jpg\|center]]   Эту работу можно выразить через изменение объема газа. Начальный его объем ''V<sub>1</sub>=Sh<sub>1</sub>'', а конечный ''V<sub>2</sub>=Sh<sub>2</sub>''. Поэтому<br>[[Image:a76-2.jpg\|center]]где [[Image:a76-12.jpg]] - изменение объема газа.<br>   При расширении газ совершает положительную работу, так как направление силы и направление перемещения поршня совпадают.<br>   Если газ сжимается, то формула (13.3) для работы газа остается справедливой. Но теперь [[Image:a76-13.jpg]], и поэтому [[Image:a76-14.jpg]] (''рис.13.2'').<br>[[Image:a13.2.jpg\|center]]   Работа ''A'', совершаемая внешними телами над газом, отличается от работы самого газа ''A''´ только знаком: [[Image:a76-16.jpg]], так как сила [[Image:a76-5.jpg]], действующая на газ, направлена против силы [[Image:a76-6.jpg]] а перемещение поршня остается тем же самым. Поэтому работа внешних сил, действующих на газ, равна:<br>[[Image:a76-3.jpg\|center]]   При сжатии газа, когда [[Image:a76-17.jpg]], работа внешней силы оказывается положительной. Так и должно быть: при сжатии газа направления силы и перемещения точки ее приложения совпадают.<br>   Если давление не поддерживать постоянным, то при расширении газ теряет энергию и передает ее окружающим телам: поднимающемуся поршню, воздуху и т. д. Газ при этом охлаждается. При сжатии газа, наоборот, внешние тела передают ему энергию и газ нагревается.<br>   '''Геометрическое истолкование работы.''' Работе ''A´ ''газа для случая постоянного давления можно дать простое геометрическое истолкование.<br>   Построим график зависимости давления газа от занимаемого им объема (''рис.13.3''). Здесь площадь прямоугольника ''abdc'', ограниченная графиком ''p<sub>1</sub>''=const, осью ''V'' и отрезками ''ab'' и ''cd'', равными давлению газа, численно равна работе (13.3):<br>[[Image:a76-4.jpg\|center]][[Image:a13.3.jpg\|center]]   В общем случае давление газа не остается неизменным. Например, при изотермическом процессе оно убывает обратно пропорционально объему (''рис.13.4''). В этом случае для вычисления работы нужно разделить общее изменение объема на малые части и вычислить элементарные (малые) работы, а потом все их сложить. Работа газа по-прежнему численно равна площади фигуры, ограниченной графиком зависимости ''p'' от ''V'', осью ''V'' и отрезками ''ab'' и ''cd'', равными давлениям ''p<sub>1</sub>'', ''p<sub>2</sub>'' в начальном и конечном состояниях газа.<br>[[Image:a13.4.jpg\|center]]<br><br>   ???<br>   1. Почему газы при сжатии нагреваются?<br>   2. Положительную или отрицательную работу совершают внешние силы при изотермическом процессе, изображенном на рисунке 13.2?<br>


		+	''Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс''

-	~~''Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс''~~	+	<br> <sub>Планирования [[Физика и астрономия\|по физике,]] учебники и книги онлайн, курсы и задания [[Физика 10 класс\|по физике для 10 класса]]</sub>
-		+
-	<br> <sub>Планирования [[~~Физика_и_астрономия~~\|по физике,]] учебники и книги онлайн, курсы и задания [[~~Физика_10_класс~~\|по физике для 10 класса]]</sub>	+

	'''<u>Содержание урока</u>'''		'''<u>Содержание урока</u>'''

User3: Создана новая страница размером '''Гипермаркет знаний>>[[Физика и аст...

2010-08-21T16:57:18Z

Создана новая страница размером '''Гипермаркет знаний>>[[Физика и аст...

Новая страница

'''[[Гипермаркет знаний - первый в мире!|Гипермаркет знаний]]>>[[Физика и астрономия|Физика и астрономия]]>>[[Физика 10 класс|Физика 10 класс]]>>Физика: Работа в термодинамике'''

<metakeywords>Физика, 10 класс, Работа в термодинамике</metakeywords>

''Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс''

 Планирования [[Физика_и_астрономия|по физике,]] учебники и книги онлайн, курсы и задания [[Физика_10_класс|по физике для 10 класса]]

'''Содержание урока'''
'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] конспект урока '''
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] опорный каркас
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] презентация урока
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] акселеративные методы
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] интерактивные технологии

'''Практика'''
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] задачи и упражнения
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] самопроверка
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] практикумы, тренинги, кейсы, квесты
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] домашние задания
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] дискуссионные вопросы
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] риторические вопросы от учеников

'''Иллюстрации'''
'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] аудио-, видеоклипы и мультимедиа '''
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] фотографии, картинки
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] графики, таблицы, схемы
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] юмор, анекдоты, приколы, комиксы
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

'''Дополнения'''
'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] рефераты'''
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] статьи
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] фишки для любознательных
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] шпаргалки
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] учебники основные и дополнительные
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] словарь терминов
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] прочие

Совершенствование учебников и уроков
'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] исправление ошибок в учебнике'''
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] обновление фрагмента в учебнике
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] элементы новаторства на уроке
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] замена устаревших знаний новыми

'''Только для учителей'''
'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] идеальные уроки '''
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] календарный план на год
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] методические рекомендации
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] программы
[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] обсуждения

'''Интегрированные уроки'''

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, [http://xvatit.com/index.php?do=feedback напишите нам].

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - [http://xvatit.com/forum/ Образовательный форум].