Урок 24. Первый закон термодинамики

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) закон сохранения энергии для термодинамических процессов;

2) связь изменения внутренней энергии газа с работой внешних сил и количеством теплоты, переданного термодинамической системе;

3) применение первого закона термодинамики к различным газовым процессам;

4) уравнение теплового баланса;

5) необратимость тепловых процессов.

Глоссарий по теме

Работа системы против внешних сил – это работа, которую совершает газ, преодолевая внешнее давление.

Адиабатный процесс – это процесс, протекающий в системе без теплообмена.

Необратимый процесс – Необратимым называется такой процесс, который самопроизвольно протекает только в одном направлении; в обратном направлении он протекает так, что система не проходит через те же состояния и не возвращается в исходное состояние.

Первый закон термодинамики – закон сохранения энергии для термодинамических систем.

Количество теплоты, сообщённое системе, равно сумме работы газа против внешних сил и изменения внутренней энергии системы.

Второй закон термодинамики определяет направление термодинамических процессов. Одна из формулировок второго закона: невозможен такой процесс, единственным результатом которого является переход тепла от менее нагретого тела к более нагретому телу.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Обязательная литература:

Мякишев Г. Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 216-224.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. - М.: Дрофа, 2009.- С.81-89.

Основное содержание урока

Закон сохранения энергии, записанный применительно к термодинамической системе, выглядит следующим образом:

Q = A ^/ + ∆U,

где Q – количество теплоты, переданное системе;

A ^/ - работа системы (газа);

∆U - изменение внутренней энергии системы (газа).

Первый закон термодинамики: сообщенное системе количество теплоты расходуется на совершение системой работы против внешних сил и изменение внутренней энергии системы. Если работу совершают внешние по отношению к системе тела, то работа газа считается отрицательной, работа внешних тел положительной и А = - A ^/

Тогда первый закон термодинамики лучше написать в виде ∆U = Q + А.

Применение первого закона термодинамики к изопроцессам.

1. Изотермический процесс. Т = const.

∆T = 0; ∆U =0, Q = A ^/

1. Изохорный процесс.

∆V = 0; A ^/ = 0.

Q = ∆U.

1. Изобарный процесс.

Р = const; A ^/ >0, ∆U>0

Q = ∆U + A ^/.

Используя уравнение Менделеева-Клапейрона, получим

υR(T₂ – Т₁) = P(V₂-V₁) = P∙∆V;

Подстановка в уравнение первого закона термодинамики количества теплоты дает

1. Адиабатный процесс.

Процесс, протекающий без теплообмена, т.е. Q = 0.

Тогда система может совершать работу либо за счет уменьшения внутренней энергии (газ расширяется) A ^/ = - ∆U, либо за счет работы внешних тел над системой (происходит сжатие газа) А = ∆U.