Pobierz prezentację
Pobieranie prezentacji. Proszę czekać
1
Elementy kinetycznej teorii gazów i termodynamiki
Dział V
2
Podstawowe założenia teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał.
Wszystkie ciała zbudowane są z cząsteczek (molekuł). Cząsteczki pozostają w bezustannym, chaotycznym ruchu, zwanym ruchem cieplnym. Bartosz Jabłonecki
3
Podstawowe założenia teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał.
Model gazu doskonałego: ilość molekuł, z których składa się gaz jest bardzo duża, odległości między cząsteczkami są bardzo duże w porównaniu z ich rozmiarami, cząstki traktujemy jako bezwymiarowe punkty, cząsteczki poza zderzeniami nie oddziałują ze sobą, Bartosz Jabłonecki
4
Podstawowe założenia teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał.
cząsteczki znajdują się w ciągłym chaotycznym ruchu, jednak od zderzenia do zderzenia poruszają się ruchem jednostajnym prostoliniowym, średnia energia kinetyczna wszystkich cząsteczek jest proporcjonalna do temperatury gazu. Bartosz Jabłonecki
5
Podstawowe założenia teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał.
Doświadczenia potwierdzające słuszność podstawowych założeń teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał: dyfuzja, parowanie, ruchy Browna. Bartosz Jabłonecki
6
Mikroskopowy obraz gazu.
Analiza przykładowego gazu - 1cm3 tlenu, ciśnienie normalne i temp. 0oC liczba cząsteczek Bartosz Jabłonecki
7
Mikroskopowy obraz gazu.
Analiza przykładowego gazu - 1cm3 tlenu, ciśnienie normalne i temp. 0oC masa jednej cząsteczki Bartosz Jabłonecki
8
Mikroskopowy obraz gazu.
Analiza przykładowego gazu - 1cm3 tlenu, ciśnienie normalne i temp. 0oC szybkości cząsteczek Bartosz Jabłonecki
9
Mikroskopowy obraz gazu.
Analiza przykładowego gazu - 1cm3 tlenu, ciśnienie normalne i temp. 0oC cząsteczki zajmują tylko 1/100 przestrzeni 1/100 Bartosz Jabłonecki
10
Mikroskopowy obraz gazu.
Analiza przykładowego gazu - 1cm3 tlenu, ciśnienie normalne i temp. 0oC cząsteczka zderza się w czasie 1s Bartosz Jabłonecki
11
Temperatura. Temperaturę można wyrażać w skali Celsjusza i w skali Kelwina. 100 -273 373 273 t[oC] T[K] zero absolutne wrzenie wody topnienie lodu Bartosz Jabłonecki
12
Temperatura. Każda cząsteczka gazu posiada pewną energię kinetyczną, a ponieważ te energie są różne, wprowadzamy średnią energię kinetyczną, przypadająca na jedną cząsteczkę. gdzie n to liczba cząsteczek Bartosz Jabłonecki
13
Temperatura. Między średnią energią kinetyczną cząsteczek gazu a temperaturą gazu występuje zależność proporcjonalności. ZSZ Bartosz Jabłonecki
14
Temperatura - zadania. Zad. 1. Wyraź w skali Kelwina temperaturę:
36,6oC, 15oC, 100oC, 53oC, -20oC. Bartosz Jabłonecki
15
Temperatura - zadania. Zad. 2. Wyraź w skali Celsjusza temperaturę:
Bartosz Jabłonecki
16
Energia wewnętrzna. Energią wewnętrzną U ciała nazywamy sumę wszystkich rodzajów energii wszystkich cząsteczek tego ciała. Bartosz Jabłonecki
17
Energia wewnętrzna. Energia wewnętrzna gazu doskonałego jest sumą energii kinetycznych wszystkich N cząsteczek tego gazu. Bartosz Jabłonecki
18
Ciepło - proces wymiany energii wewnętrznej.
Ciepło Q przekazywane przez układ o temperaturze wyższej ciału o temperaturze niższej jest równe zmianie energii wewnętrznej tego ciała. T1 T2 Ciepło Q Bartosz Jabłonecki
19
Pierwsza zasada termodynamiki.
Przyrost energii wewnętrznej gazu może nastąpić w wyniku: wykonanej nad nim pracy, dostarczonego do niego ciepła. Bartosz Jabłonecki
20
Pierwsza zasada termodynamiki.
I zasada termodynamiki Przyrost energii wewnętrznej ciała jest równy sumie dostarczonego ciału ciepła Q i wykonanej nad nim pracy W. Bartosz Jabłonecki
21
Pierwsza zasada termodynamiki.
Zad. 1. Sprężając gaz w cylindrze, wykonano nad nim pracę 2000J. O ile wzrosła energia wewnętrzna gazu, jeżeli podczas sprężania gaz oddał do otoczenia ciepło równe 500J. Bartosz Jabłonecki
22
Pierwsza zasada termodynamiki.
Zad. 2. Gaz ogrzano dostarczając mu ciepła w ilości 50kJ a jego początkowa energia wewnętrzna wynosiła 20kJ. Wyznacz jego energię wewnętrzną wiedząc, że wykonał on pracę równą 30kJ. Bartosz Jabłonecki
23
Silnik cieplny. źródło ciepła chłodnica Schemat silnika cieplnego
Bartosz Jabłonecki
24
Silnik cieplny. Sprawność silnika cieplnego:
gdzie (-eta) - symbol sprawności, W - praca wykonana, Q - ciepło pobrane Bartosz Jabłonecki
25
Silnik cieplny. pamiętając, że:
to sprawność silnika cieplnego możemy wyrazić za pomocą wzoru: Bartosz Jabłonecki
26
Silnik cieplny. Idealny silnik cieplny Carnota
(pracuje bez strat energii): Bartosz Jabłonecki
27
Silnik cieplny. Czy istnieje silnik cieplny pracujący ze 100% sprawnością? temperatura zera bezwzględnego czyli -273oC Bartosz Jabłonecki
28
Silnik cieplny - zadania.
Zad. 1. Oblicz sprawność silnika cieplnego wiedząc, że w jednym cyklu źródło ciepła oddało ciepło w ilości 600J i wykonał on pracę 200J. Bartosz Jabłonecki
29
Silnik cieplny - zadania.
Zad. 2. Oblicz sprawność silnika cieplnego pracującego między temperaturami 600oC, a 100oC. Pamiętaj o zamianie jednostek na podstawowe! Bartosz Jabłonecki
30
Rzeczywiste silniki cieplne
Ze względu na rodzaj zastosowanego czynnika roboczego rozróżniamy silniki cieplne: parowe, spalinowe. Bartosz Jabłonecki
31
Rzeczywiste silniki cieplne
Ze względu na budowę rozróżniamy silniki: tłokowe, wirowe, odrzutowe. Bartosz Jabłonecki
32
Rzeczywiste silniki cieplne
Zasada działania silnika spalinowego czterosuwowego z zapłonem iskrowym. zawór ssący zawór wydechowy tłok iskra ssanie sprężanie spalanie wydech ZSZ Bartosz Jabłonecki
33
Zasada zachowania energii całkowitej.
Przykład przemian energii żarówka energia promieniowania energia potencjalna transformator obniżający napięcie zapora wodna silnik elektryczny energia mechaniczna grzejnik elektryczny energia wewnętrzna turbina wodna prądnica transformator podnoszący napięcie Bartosz Jabłonecki
34
Zasada zachowania energii całkowitej.
Zasada zachowania energii całkowitej -cały zasób energii, suma wszystkich rodzajów energii w układzie izolowanym (nie wymieniającym energii z otoczeniem) pozostaje niezmieniona - jest stała. Bartosz Jabłonecki
35
KONIEC www.fizyka.iss.com.pl Bibliografia
R.Rozenbajgier i E. Misiaszek Fizyka z astronomią Kraków 2003, ZamKor
Podobne prezentacje
