Первый закон термодинамики. Тепловые двигатели и КПД тепловых двигателей презентация

Содержание

Из механики известно, что в замкнутой системе механическая энергия сохраняется. Сумма кинетической и потенциальной энергии постоянна. Проделаем опыт: Резким ударом по рукоятке воздушного огнива сожмем воздух в цилиндре. После

Слайд 1Первый закон термодинамики. Тепловые двигатели и КПД тепловых двигателей.

Слайд 2Из механики известно, что в замкнутой системе механическая энергия сохраняется. Сумма

кинетической и потенциальной энергии постоянна.

Проделаем опыт: Резким ударом по рукоятке воздушного огнива сожмем воздух в цилиндре. После прекращения действия внешней силы, сжатый воздух расширится и выбросит поршень из цилиндра.
Этот опыт показывает, что возможны превращения различных видов энергии: сначала механическая энергия превращается во внутреннюю энергию сжатого газа, затем внутренняя энергия газа превращается в механическую энергию поступательного движения поршня.

Слайд 3Анализ результатов опытов и наблюдений природных явлений, выполненных к середине XIX

века, привел немецкого ученого Р.Майера, английского ученого Д-Джоуля и немецкого ученого Г.Гельмгольца к выводу о существовании закона сохранения энергии: При любых взаимодействиях тел энергия не исчезает бесследно и не возникает из ничего. Энергия только передается от одного тела к другому или превращается из одной формы в другую.

Слайд 4Способы изменения внутренней энергии

Слайд 5Изменение Δ U внутренней энергии системы при переходе ее из одного

состояния в другое равно сумме работы A внешних сил и количества теплоты Q, переданного системе

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

ΔU = Q + A

Слайд 6
Q = ΔU + A’




ВТОРАЯ ЗАПИСЬ
ПЕРВОГО ЗАКОНА

ТЕРМОДИНАМИКИ

Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.

Слайд 7








Виды изопроцессов
Изопроцессы
Изобарный
Изохорный
Изотермический
Адиабатный

Слайд 8

– процесс, при котором температура не изменяется
∆Т = 0

∆U = 1,5νR∆T ∆U = 0
Q = A
Если газ получает теплоту, то он совершает положительную работу и расширяется, если газ отдает теплоту, то его объем уменьшается

ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС


Слайд 9p
V
V1
V2
p1
p2
Q>0
T1=T2
Изотермическое расширение
V ↑ ⇒ p ↓
T1=T2 ⇒ ΔT=0
V1

ΔV>0

ΔU = 0
A′>0
A<0

Q = A′



1

2

T = const
m= const



Слайд 10p
V
V2
V1
p2
p1


Q

ΔV<0

ΔU = 0
A′<0
A>0

Q =-A′


2

1

T = const
m= const


Слайд 11

– процесс, проходящий при постоянном давлении (обычно при атмосферном)
p

= const ∆T≠ 0 ∆V≠ 0
Q = ∆U + A

Переданное газу количество теплоты идет на изменение температуры и объема газа

ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕСС


Слайд 12p
V
V1
V2
p1=p2
Q>0
T2›T1
T ↑ ⇒ V ↑
T2>T1 ⇒ ΔT>0
V2>V1 ⇒ ΔV>0
ΔU>0

A′>0
A<0

Q = ΔU +A′



1

2

p=const
m=const


Изобарное нагревание (расширение)

Слайд 13p
V
V1
V2
p1=p2
Q‹0
T2‹T1
T ↓ ⇒ V ↓
T2‹T1 ⇒ ΔT‹0
V2‹V1 ⇒ ΔV‹0
ΔU‹0

A′‹0
A›0

Q = -ΔU-A′



1

2

p=const
m=const


Изобарное охлаждение (сжатие)

Слайд 14

ИЗОХОРНЫЙ ПРОЦЕСС

– процесс при котором объём не изменяется

(например, закрытый сосуд с газом))
∆V = 0 A = p∆V А = 0
∆U = Q
Если газ получает теплоту, то его внутренняя энергия увеличивается и температура повышается. Если газ отдает теплоту, то наоборот.

Слайд 15Изохорное нагревание
p
V
V1= V2

Q>0
T2>T1
T↑ ⇒ p↑
T2>T1 ⇒ ΔT>0
V2=V1 ⇒

ΔV=0

ΔU>0 A′=0
A=0

Q = ΔU



1

V=const
m=const


2

p1

p2

Слайд 16Изохорное охлаждение
p
V
V1= V2

Q‹0
T2‹T1
T↓ ⇒ p ↓
T2‹T1 ⇒ ΔT‹0
V2=V1

⇒ ΔV=0

ΔU‹0 A′=0
A=0

Q = -ΔU



1

V=const
m=const


2

p1

p2

Слайд 17
АДИАБАТНЫЙ ПРОЦЕСС
– это модель термодинамического процесса, происходящего в системе

без теплообмена с окружающей средой

Q = 0 ∆U = – A
Примеры: а) накачивание камеры
б) двигатель Дизеля
г) охлаждение атмосферного воздуха


Слайд 18p
V
V1

T2

A'>0

A'= - ∆U



1

2

p1

p2

T ↓

Адиабатное расширение (охлаждение)

V ↑⇒

p ↑

V1

V2



Q=0
m=const

Слайд 19p
V
V2

T2›T1
T2›T1 ⇒ ΔT›0
V2‹V1 ⇒ ΔV‹0
ΔU›0
A›0

A'‹0

A = ∆U



2

1

p2

p1

T ↑

Адиабатное сжатие (нагревание)

V↓ ⇒

p ↑

V1



Q=0
m=const

Слайд 20Тепловые двигатели

Слайд 21Основные вопросы:
Физические основы работы двигателей. КПД теплового двигателя.
КПД мышц (сообщение студентов).
Физические

основы тепловой регуляции организма (сообщение студентов).
Тепловые двигатели и охрана природы.

Слайд 22Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в

механическую энергию.

Слайд 23Классификация тепловых двигателей:

Слайд 24










































































Механическая работа в двигателе совершается при расширении рабочего вещества, перемещающего поршень

в цилиндре.

Слайд 25







Для цикличной, непрерывной работы двигателя необходимо возвращение поршня в первоначальное положение,

т.е. сжатие рабочего вещества.

Слайд 26Легко сжимаемым является вещество в газообразном состоянии, поэтому в качестве рабочего

вещества в тепловых двигателях используется газ или пар.

Слайд 27


Нагреватель
Холодильник
Рабочее тело
Q1
Q2
Aп
Сообщает энергию рабочему телу
Совершает работу
Поглощает часть энергии
от рабочего тела
Принципиальная

схема теплового двигателя

Слайд 28Коэффициент полезного действия теплового двигателя (КПД) – это отношение работы, совершаемой

двигателем за цикл, к количеству теплоты, полученному от нагревателя

Слайд 29Так как у всех двигателей некоторое количество теплоты передается холодильнику, то


КПД всегда меньше единицы.

КПД теплового двигателя пропорционален разности температур нагревателя и холодильника, т.е. при
Тн - Тх = 0 двигатель не может работать.

Слайд 30 Максимальное значение КПД теплового двигателя.
Еще в 1824г. французский

ученый С.Карно показал, что в любой тепловой машине можно получить полезную работу лишь в том случае, если энергия путем теплообмена переходит от горячего тела к холодному; при этом лишь часть этой теплоты может пойти на совершение полезной работы.

Слайд 31Цикл Карно
Сади Карно, выясняя, при каком замкнутом процессе тепловой двигатель будет

иметь максимальный КПД, предложил использовать цикл, состоящий из двух изотермических и двух адиабатных процессов.

Выбор именно этих процессов обусловлен тем, что работа газа при изотермическом расширении совершается за счет внутренней энергии нагревателя, а при адиабатном процессе за счет внутренней энергии расширяющегося газа.
В этом цикле исключен контакт тел с разной температурой, а значит, исключена теплопередача без совершения работы.

Слайд 32Цикл Карно - самый эффективный (из всех возможных) цикл, имеющий максимальный КПД.

Слайд 35Если абсолютная температура горячего тела равна Т1, а холодного - Т2,

то максимальный КПД машины равен:

ηмакс = .

Любая реальная тепловая машина, не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины.

Слайд 36ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ








Слайд 37Но не стоит забывать, что тепловые двигатели принося пользу человечеству, неблагоприятно

влияют на окружающую нас природу

Слайд 3840кг
ОКИСИ АЗОТА
200кг
УГЛЕВОДОРОДОВ
СВИНЕЦ и др.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
За год ОДИН
легковой автомобиль
4 тонны
КИСЛОРОДА

800кг
ОКИСИ

УГЛЕРОДА

Слайд 39Воздействие тепловых двигателей на окружающую среду.
Отрицательное

влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием различных факторов.

Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.

Слайд 40 Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа.
В-третьих, при

сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу 2-3 тонны свинца.

Воздействие тепловых двигателей на окружающую среду.

Слайд 41 Выбросы вредных веществ в атмосферу – не единственная сторона воздействия тепловых

двигателей на природу. Согласно законам термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты.
Это не может не приводить к постепенному повышению средней температуры на Земле.

Слайд 42Методы борьбы с вредными воздействиями тепловых двигателей на окружающую среду

Один из способов уменьшения путей загрязнения окружающей среды связан с использованием в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца.
Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются электродвигатели или двигатели, использующие в качестве топлива водород.
Другой способ заключается в увеличении КПД тепловых двигателей

Слайд 44Больше читайте
физику
и счастье улыбнется вам!

Похожие презентации

Газовые законы. Идеальный газ и уравнение его состояния. Модель идеального газа 613
Влияние звуковых волн на организм человека 324
Автоматизированный электрический привод 1121
Разработка технологического процесса механической обработки детали Ось 463
Урок № 41. Задачи 260
Шинные конструкции 339

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика