P/T)=const

V/T)=const.

PV=const.

Изобарический процесс – процесс, протекающий при постоянном давлении (p=const)

Изохорный процесс – процесс, протекающий при постоянном объеме (V=const)

КОНСПЕКТ ПО ФИЗИКЕ ПО ТЕМЕ “ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ”

Основные понятия: внутренняя энергия, количество теплоты, теплоемкость, работа, тепловой двигатель, обратимые и необратимые процессы.

Основные законы: 1,2-е начала термодинамики.

Главное содержание термодинамики состоит в двух основных законах, касающихся поведения энергии. эти законы устанавливаются опытным путем. Они справедливы для всех веществ независимо от их внутреннего строения.

Известно, что энергия никуда не исчезает, она переходит из одного состояния в другое. Механическая энергия тела переходит во внутреннюю энергию молекул.

Внутренняя энергия – это сумма кинетических энергий беспорядочного движения молекул (или атомов) тела и потенциальных энергий всех молекул друг с другом. Для идеального газа внутренняя энергия складывается из кинетических энергий молекул или атомов, т.к. потенциальная составляющая в данном случае будет равна нулю.

Расчет внутренней энергии U=(3/2)(m/M)RT (1).

Внутренняя энергия одноатомного газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре.

Внутренняя энергия характеризуется такими параметрами, как температура и объем.

Работа в термодинамике: A=p∆V (2), где р-давление газа, ∆V- изменение объема газа. работа внешних сил, действующих на газ будет равна работе газа, но с противоположным знаком. При расширении газ совершает положительную работу, т.к. как направление перемещения поршня совпадают. Во втором случае отрицательную. В процессе расширения газ передает энергию окружающим телам.

Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называют теплообменом или теплопередачей.

Количественную меру изменения внутренней энергии при теплообмене называют количеством теплоты. Количеством теплоты также называют энергию, которую тело отдает в процессе теплообмена.

Удельная теплоемкость – это количество теплоты, которое получает или отдает 1кг вещества при изменении его температуры на 1К.

Обозначается удельная теплоемкость с=(Дж/(кг*К)).

Расчет количества теплоты Q=cm(T₂-T₁) (3), Q -кол-во теплоты=(Дж), ∆Т-изменение температуры в-ва.

Удельная теплота парообразования – кол-во теплоты, необходимое для превращения при постоянной температуре 1 кг жидкости в пар.

Обозначается r =(Дж/кг), формула для расчета теплоты Q_п=rm (4), m-масса в-ва.

При конденсации пара происходит выделение такого же кол-ва теплоты Q_к=-rm, но взятого с противоположным знаком.

Удельная теплота плавления – кол-во теплоты, необходимое для превращения 1 кг кристаллического в-ва при температуре плавления в жидкость при той же температуры.

Обозначается λ=(Дж/кг).

Количество теплоты, необходимое для того, чтобы расплавить кристаллическое тело массой m, такое Q=λm (5), для кристаллизации необходимо точно такое же кол-во теплоты.

Первое начало термодинамики: 1) изменение внутренней энергии системы при переходе системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и кол-ва теплоты, переданного системе: ∆U=A+Q (6), А- работа внешних сил.

2) кол-во теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними силами: Q=∆U+A (7), А- работа системы.

Применение первого начала термодинамики к изохорному процессу: ∆U=Q (8),изменение энергии равно кол-ву переданному системе.

Применение первого начала для изотермического процессу: Q=A^’ (8), все переданное системе тепло идет на совершение работы системой.

Применение первого начала для изобарного процесса: Q=∆U+A (9), переданное системе кол-во теплоты идет на изменение его внутренней энергии и на совершение им работы при постоянном давлении.

Адиабатный процесс – процесс в теплоизолированной системе Q=0. Тогда ∆U=A (10).

Необратимые процессы- процессы, которые могут самопроизвольно протекать только в одном направлении; в обратном направлении они могут протекать только в одном из звеньев более сложного процесса.

Второе начало термодинамики: невозможно перевести теплоту от более холодной системы к более горячей при отсутствии других изменений в обеих системах или окружающих телах.

Тепловой двигатель – устройства превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую.

Коэффициент полезного действия(КПД) теплового двигателя называют отношения работы А, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.

η=A^’/Q₁=(Q₁-Q₂)/Q₁ (11), Q₁ – теплота нагревателя, Q₂ - теплота холодильника.

КПД идеальной тепловой машины: η=(Т₁-Т₂)/Т₁ (12), Т₁ - температура нагревателя, Т₂ – температура холодильника. Любая реальная тепловая машина, работая с нагревателем, имеющим температуру Т₁, и холодильника с температурой Т₂, не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины.

Как оформлять задачу:

1. В начале записывается ДАНО в левой части страницы. В него вносятся все данные, указанные в задаче (числовые данные, буквенные данные).

2. Под ДАНО записываются те данные, которые необходимо найти.

3. Справой стороны ДАНО записываются величины, переведенные в систему обозначения СИ (если в задачи есть величины, требующие соответствующего перевода).

4. Потом записывается слово РЕШЕНИЕ, куда вносится чертеж, если он необходим в данной задаче; записываются расчетные формулы; потом проводятся вычисления по данным формулам; в квадратных скобках рядом с формулами, по которым проводятся численные вычисления, записываются единицы измерения рассчитываемых величин.

5. По окончании вычислений пишется слово ОТВЕТ и записываются полученные расчеты.

ОБРАЗЕЦ:

ДАНО: СИ РЕШЕНИЕ:

Чертеж

Расчетные формулы, по которым будут проводятся вычисления

записываются в начале задачи:

?

1) формула [ед. измерения ]

Численные расчеты

2) расчет … [ед. измерения ] ОТВЕТ:

Методические особенности и указания решения задач.

При решении задач по кинематике рекомендуется:

1. выбрать систему отсчета (тело отсчета, систему координат и начало отсчета времени. При выборе направлений координатных осей следует учитывать направление векторов перемещений, скоростей, ускорений.

2. Изобразить траекторию движения частицы (материальной точки) в выбранной системе отсчета, показать на рисунке направление векторов перемещений, скоростей, ускорений.

3. Записать закон движения в проекциях на оси координат.

4. Решить систему полученных уравнений и определить искомые величины.

5. При графическом решении задачи использовать графики зависимости координат и скоростей (перемещения или пути) от времени, определить на основании этих графиков неизвестные величины. Следует помнить, что графические зависимости кинематических величин могут оказаться очень полезными как при анализе условия задачи, так и при проверке результатов решения.

При решении задач по динамике.

1. Сделать рисунок, изобразить на нем все силы, действующие на каждое тело, выьрать систему координат, оси которой направить в соответствии с направлением вектора ускорения движения тела. При движении тела по окружности одну из координатных осей удобно выбрать по направлению центростремительного ускорения.

2. Записать в векторной форме второй закон Ньютона для каждого тела в отдельности. Затем записать это уравнение в проекциях на оси координат и получить систему уравнений в скалярной форме. В случае необходимости использовать формулы кинематики и законы сохранения.

3. Решить полученную систему уравнений и определить искомые величины.

4. Правильно указывать направление векторов силы, действующих на тело и точки их приложения.

При решении задач на законы сохранения и вычисления работы в механике.

1. Сделать рисунок, указать на нем все силы действующие на тело, входящих в рассматриваемую систему, изобразить на нем импульсы скорости для всех тел системы до и после взаимодействия, выбрать систему отсчета, определить направление координатных осей

2. Если система тел, рассматриваемая в задаче замкнутая или взаимодействие тел системы происходит очень быстро(взрыв, удар, выстрел), то использовать закон сохранения импульса, и закон изменения импульса, если система незамкнутая

3. Записать векторные уравнения в проекциях на оси координат и получить систему уравнений в скалярной форме. При этом следует следить. Чтобы импульсы всех тел были выражены в одной системе отсчета

4. В случае необходимости использовать формулы других разделов.

5. Выбрать уровень отсчета потенциальной энергии, изобразить все силы, действующие на тела системы, скорости, импульсы, их расположение в начальном и конечном положениях.

6. Если система тел замкнута или в ней действуют только потенциальные силы использовать закон сохранения механической энергии.

7. Если при переходе системы из начальное в конечное положение

8. На тело действовали внешние силы, а между телами системы есть силы трения, то использовать закон изменения механической энергии системы ∆Е=А+А_тр.

9. При определении работы необходимо правильно определить направление действующих сил и перемещения, правильно определить косинус угла.

При решении задач по МКТ

1. Использовать уравнение Менделеева-Клайперона, если состояние газа не меняется

2. Если в задаче рассматривается несколько состояний, то обозначаются как 1,2 и т д.

3. Если один из параметров газа остается постоянным и масса газа не меняется, то используется один из газовых законов.

4. При решении задач, в которых рассматриваются процессы, связанные с изменением состояний нескольких газов все выше перечисленные действия следует проделать для каждого газа отдельно.

5. Решить полученные уравнения.

При решении задач по термодинамике

1. Установить, какие тела входят в рассматриваемую термодинамическую систему, выяснить, что является причиной изменения энергии тел системы.

2. В случае адиабатически изолированной замкнутой системы, следует установить, у каких тел системы внутренняя энергия увеличится, у каких уменьшается.

3. Выяснить, какие фазовые переходы происходят в системе. При этом использовать график зависимости температуры тел от кол-ва теплоты.

Задачи по теме: импульс. Работа. Законы сохранения в механике.

1. Найти импульс грузового автомобиля массой 10 т, движущегося ос скоростью 36 км/ч, и легкового автомобиля массой 1т, движущегося со скоростью 25 м/с.
2. С какой скоростью должна лететь хоккейная шайба массой 160 г, чтобы ее импульс был равен импульсу пули массой 8 г, летящей со скоростью 600м/с?!
3. Футбольному мячу массой 400 г при выполнении пенальти сообщили скорость 25 м/с. Если мяч попадает в грудь вратаря и отскакивает назад с той же скоростью то удар длиться 0, 025 с. Если вратарь принимает удар на руки, то через 0,04 с он гасит скорость мяча до нуля. Найти среднюю силу удара в каждом случае.
4. С лодки массой 200 кг, движущийся со скоростью 1м/с, ныряет мальчик массой 50 кг, двигаясь в горизонтальном направлении. Какой станет скорость лодки после прыжка мальчика, если он прыгал с носа лодки со скоростью 2м/с?!
5. Бильярдных шар 1, движущийся со скоростью 10 м/с, ударился о покоящийся шар 2. После удара шары разошлись от прямой линии на углы 45 градусов. Найти скорости шаров после удара.
6. Какую работу совершил человек при поднятии груза массой 2 кг на высоту 1 м с ускорением 3 м/с²?!
7. Импульс тела равен 8 кг*м/с, а кинетическая энергия 16 к Дж. Найти массу и скорость тела.
8. Какую работу надо совершить, чтобы растянуть пружину жесткостью 40 кН/м на 0,5см?!
9. Сила тяги сверхзвукового самолета при скорости самолета 2340 км/ч равна 220 кН,. Найти мощность двигателей самолета в этом режиме полета.
10. Найти кинетическую энергию тела массой 400 г, упавшего с высоты 2м. в момент удара о землю.
11. Найти потенциальную энергию тела массой 100 г, брошенного вертикально вверх со скоростью 10 м/с, в высшей точке подъема.
12. Камень брошен вертикально вверх с начальной скоростью 10 м/с. На какой высоте кинетическая энергия камня будет равна потенциальной?!

Задачи по механике

Для поверки теоретических знаний по теме Кинематика. (уровень А).

1. Какие величины называются скалярными?! Приведите примеры.
2. Какие величины называются векторными?! Приведите примеры.
3. Как производятся вычитания и сложения векторов?! Приведите примеры.
4. Чему равна проекция на ось, если вектор направлен так же, как и ось проекции?!
5. Чему равна проекция вектора на перпендикулярную ему ось?!
6. Что называется перемещением точки?! Каков смысл модуля перемещения?!
7. Чем отличается понятие пути от понятия перемещения?!
8. Что называется мгновенной скоростью и как она будет направлена в данной точке траектории?!
9. Точка движется по криволинейной траектории так, что модуль ее скорости не изменяется. Означает ли это, что скорость точки постоянна?! Что называется ускорением?!
10. Куда направлено ускорение при прямолинейном движении точки, если модуль ее скорости увеличивается?! уменьшается?!
11. Может ли иметь точка ускорение, если ее скорость в данный момент времени =0?!
12. Чем объяснить разные значения линейной скорости точек земного шара на разных широтах?!

Графические задачи (УРОВЕНЬ А).

1. Точка движется равномерно и прямолинейно в положительном направлении по оси ОХ. В начальный момент времени точка имела координату х₀= - 10 м. Найдите координату точки через 5 с после начала отсчета времени, если модуль ее скорости равен 2 м/с. Чему равен путь пройденный точкой за это время. Сделайте чертеж.

1. какую скорость относительно воды должен сообщить катеру мотор, чтобы при скорости течения реки 2 м/с, катер двигался перпендикулярно к берегу со скоростью 3,5 м/с относительно берега?!

1. движение 2-х велосипедистов заданы уравнениями: x₁=5t, x₂=150-10t.Построить графики зависимости x(t). Найти и показать время и место встречи.

1. Движение материальной точки в данной системе отсчета описывается уравнением: y=1+2t, x=2+t найти уравнение траектории. Построить траекторию на плоскости ХОY. Указать положение точки t=0, направление и скорость движения.

1. Уравнение движения материальной точки имеет вид x=0,4t². написать формулу зависимости v_x (t) и построить график.. Показать на графике штриховкой площадь, численно равную пути, пройденный точкой за 4 с.

1. движение 4-х материальных точек заданы уравнениями: x₁=10t+0,4t²;x₂=2t-t²; x₃=-4t+2t²; x₄=-t-6t². Написать уравнение v(t) для каждой точки; построить графики этих зависимостей, описать движение каждой точки.

Расчетные задачи (уровень А)..

1. Расстояние между двумя станциями поезд прошел со средней скоростью v_ср=72км/ч за время t=20 мин. Разгон и торможение вместе длились t₁= 4мин, а всё остальное время поезд двигался равномерно. Какой была скорость поезда при равномерном движении?!
2. Каково центростремительное ускорение поезда, движущегося по закруглению радиусом 800 м со скоростью 20 м/с?!
3. Скорость точек экватора солнца при его вращении вокруг своей оси равна 2 км/с. Найти период вращения Солнца вокруг своей оси и центростремительное ускорение точек экватора.
4. Рабочее колесо турбины ГЭС имеет диаметр 7, 5 м и вращается с частотой 93, 8 об/мин. Каково центростремительное ускорение концов лопаток турбины?1
5. Длина минутной стрелки часов на Спасской башне Московского Кремля 3, 5 м. Определите модуль и направление линейной скорости конца стрелки через каждые 15 минут в течение часа.

Литература:

1 Электронный учебник по физике

http://class-fizika.narod.ru/10-11_class.htm

http://fizika-class.narod.ru/ku.htm

2 портал для спокойной скачки школьных учебников по физике

3 лекции по физике.

http://physics-lectures.ru/

4. Учебники по физике скачать

http://www.vargin.mephi.ru/book_ph_atom.html

5. Электронный учебник по физике с всеми темами:

http://www.mibif.ru/library/ph.shtml

6. Эл. Учебник:

Основные понятия по физике:

http://bobych.ru/lection/fizika/

7.Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика 10.-М:2001г.

Задания для самостоятельной работы студентов по теме «Динамика».

Расчетные задачи. (уровень А и Б).

1. Человек, стоя в лодке, подтягивает к себе вторую лодку с помощью веревки. Масса первой лодки 400кг, масса второй лодки-200кг. Какое перемещение совершит каждая из лодок за 5 с, если сила упругости натянутой веревки равна 100Н?! Силами трения пренебречь, а воду считать покоящейся.
2. Вычислите первую космическую скорость для Луны, если радиус Луны 1700км, а ускорение свободного падения тел на Луне равно 1,6 м/с².
3. Почему шофер не может мгновенно остановить движущуюся машину?!
4. Тело массой 3 кг падает в воздух вертикально вниз с ускорением 8 м/с². Найти силу сопротивления воздуха.
5. Масса Луны примерно в 100 раз меньше массы Земли, а ее диаметр в 4 раза меньше диаметра Земли. Определите ускорение свободного падения на Луне.
6. Почему шофер не может мгновенно остановить движущуюся машину?!
7. Молотом, масса которого 0,6кг, ударяют о шляпку гвоздя со скоростью 4 м/с, вследствие чего гвоздь входит в доску на 2 см. Определите среднюю силу сопротивления дерева.
8. Автомобиль массой 1885кг за 16 с увеличил скорость от 40 до 100 км/ч. Найти силу тяги, которую развивает двигатель автомобиля, если коэффициент трения равен 0,08.
9. С какой силой притягивается к Земле тело массой 1 кг, находящееся на поверхности Луны?! Расстояние от Земли до Луны равно 60 земным радиусам.
10. Мяч, который неподвижно лежал на столе, при движении поезда покатился: а) вперед, в направлении движения поезда; б) назад, против движения поезда; в)влево; г) вправо), Какие изменения в движении поезда произошли в каждом из этих случаев?!
11. после толчка вагон остановился, пройдя по горизонтали 37,5 м за 50 с. Каков коэффициент трения?!
12. Является инерциальной системой отсчета вагон, движущийся равномерно? Неравномерно? Является ли инерциальной системой отсчета искусственный спутник Земли?карусель?!
13. Парашютист, достигнув в затяжном прыжке скорости 55м/с, раскрыл парашют, после чего за 2 с скорость уменьшилась до 5 м/с. Найдите наибольшую силу натяжения стропов парашюта, если масса парашютиста 80кг.
14. Какова жесткость пружины динамометра, если под нагрузкой в 10 Н пружина удлинилась на 4 см?! Насколько удлинится эта пружина под нагрузкой 20 Н?! Почему шкала динамометра равномерная?!
15. За какое время скорость поезда возрастет от 36 до 57,6 км/ч, если его масса 530 т, а сила тяги двигателя 84800 Н?! Какое расстояние пройдет поезд за это время?!
16. Санки, съезжая с горы, приобрели скорость 5 м/с. Двигаясь далее по горизонтальному пути, они остановились через 15 с. Найдите силу трения, останавливающую санки, и коэффициент трения, если масса санок 75кг.
17. Изобразите графики скорости движения электровоза в следующих случаях: а) сила тяги больше силы трения; б) сила тяги меньше силы трения; в) сила тяги равна силе трения. силу тяги считать постоянной.
18. Два человека тянут веревку в противоположные стороны с силами по 50 Н каждый. Разорвется ли веревка, если она выдерживает натяжение 60 Н?!
19. к потолку вагона подвешен шар. Как он будет себя вести, если вагон начнет двигаться ускоренно?! Равномерно?! Замедленно?!влево?!вправо?!
20. Вагон массой 20 т движется с постоянным ускорением равным -0,3м/с², и начальной скоростью 54км/ч. Какая сила торможения действует на вагон?! Через сколько времени он остановится и какое расстояние пройдет при этом?!
21. Найти в миллисекундах период гармонических колебаний тела массой 125 г, подвешенного на пружине жесткостью 50 Н/м?!
22. сила сцепления вяжет пары, мощь тяготения держит миры,
23. «атомов сродство жизнь создает, света господство к знанью ведет» - о каких силах идет речь?!
24. Является ли Земля инерциальной системой отсчета и почему?!

Дата добавления: 2013-12-12