Шаранова Татьяна Борисовна

Методические указания по выполнению практических работ учебной дисциплины «Физика» по теме «Термодинамика»

Материал опубликован 11 December 2018

Государственное бюджетное образовательное учреждение

профессиональная образовательная организация

«Магнитогорский технологический колледж имени В.П.Омельченко»

Методические указания

по выполнению практических работ

учебной дисциплины

«Физика»

Магнитогорск 2018г

Указания по выполнению практической работы

Практическая работа №_4_

Тема: Решение задач по теме «Термодинамика»

Цель: формирование умений выполнения заданий с использованием формул термодинамики.

Уметь:

– применять законы термодинамики при решении задач;

– применять законы термодинамики для анализа технических устройств, способов повышения КПД двигателей.

Знать:

– законы термодинамики;

– способы изменения внутренней энергии, работы и теплоты;

– формулы расчета КПД тепловых двигателей.

Общие сведения

Законы термодинамики:

Количество теплоты Q, переданное системе, идет на

Q = ∆U+ А

изменение ее внутренней энергии ∆U и совершение системой работы А.

Не возможен процесс, при котором тепло самопроизвольно переходит от тел менее нагретых к телам более нагретым.

Абсолютный нуль не достижим, но можно к нему приблизиться.

А – работа, Дж

∆U- изменение внутренней энергии, Дж

Q- количество теплоты, Дж

А = Р∙ ∆V = ∙ R∙T= ν∙ R∙T

+ A - тело совершает работу

– A= A' - над телом совершают работу

∆U= ∙ ∙ R∙∆T =

= ∙∆T =

Q = ∆U -теплообмен

+Q – система получает тепло;

– Q - система отдает тепло.

С = ; - теплоемкость

A = N∙t

N = F∙ υ

t =

A = Sф- Работа равна площади фигуры под графиком функции.

i-Число степеней свободы молекулы

i1 = 3

i2 = 5

in = 6

1) Т= const, Q=A

2) P= const, Q = ∆U + A

3) V= const, Q = ∆U

4) Q= const, A = ∆U – адиабатный

Ek = ;

Ep= m∙g∙h

Qн, охл =

Qп, конд =

Q пл, кр=

Q сгор=

U = Ек + Ер

Уравнение теплового баланса:

Количество теплоты, отданное всеми остывающимися телами, равно количеству теплоты, полученному всеми нагревающимися телами

Θ – температура смеси

η = ∙100% = ∙ 100% = ∙ 100% = ∙100% = ∙100% =

= ( 1- )∙ 100% = ( 1- )∙100%

Оборудование и приспособления:

Наименование	Назначение
Физика. Папка №1. «Механика. Молекулярная физика»: учебно-методические материалы. Авт.сост. Шаранова Т.Б.	Источник информации и дидактических заданий по вариантам
Справочные материалы по физике. Авт.сост. Шаранова Т.Б.	Источник справочных материалов, таблиц, постоянных величин.
Ручка	Записывать информацию
Тетрадь	Сохранение информации, предоставление отчета о работе.

Прежде чем приступить к работе ответьте на вопросы входного контроля:

1. Дополните предложение: Внутреннюю энергию системы можно изменить…

А) Только путем совершения работы.

Б) Только путем теплопередачи.

В) Путем совершения работы и теплопередачи.

Г) Среди ответов нет правильного.

2. Выберите ответ: Какой тепловой процесс изменения состояния газа происходит без теплообмена?

А) Изобарный.

Б) Изохорный.

В) Изотермический.

Г) Адиабатный.

3. Выберите единицу измерения внутренней энергии:

А) В

Б) Вт

В) %

Г) кДж

4. Выберите формулу по которой вычисляется работа в термодинамике?

А) А = I·U·t

Б) A = F·S

В) A = P· (V2 - V1)

5. Выберите в соответствии с каким законом Невозможно перевести теплоту от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или окружающих телах. Это...

А) закон термодинамики

Б) закон термодинамики

Порядок выполнения работы:

Повторить формулировки: изотермических процессов, газовых законов, термодинамического процесса, внутренней энергии, способов изменения внутренней энергии, законов термодинамики;

Повторить основные формулы первого начала термодинамики, вычисления работы, изменения внутренней энергии, количества теплоты, КПД;

Разобрать на доске типовые задачи ;

Выполнить задание соответствующего варианта.

Номер варианта совпадает с порядковым номером учащегося в списке группы в журнале.

Представить отчет на проверку преподавателю в виде:

Дано:	СИ	Формулы
- ?

Вычисления

Ответ:

Ответьте на вопросы самоконтроля:

1. Выберите ответ:

Процесс, для которого первый закон термодинамики имеет вид: 0=A-Q называется:

А) адиабатный;

Б) изотермический;

В) изобарный;

Г) изохорный

2. Выберите, чем определяется внутренняя энергия тела?

А) объемом тела;

Б) скоростью движения и массой тела;

В) энергией беспорядочного движения частиц;

Г) энергией беспорядочного движения и взаимодействия частиц;

Д) энергией взаимодействия.

3. Какая физическая величина вычисляется по формуле: = ∙ ∙ R∙∆T

А) потенциальная энергия одноатомного идеального газа;

Б) внутренняя энергия одноатомного идеального газа;

В) количество теплоты в идеальном газе;

Г) внутренняя энергия двухатомного идеального газа

4. Какие из приведенных ниже записей выражают энергию одноатомного идеального газа:

А) ; Б) ; В)

5. Составьте последовательность процессов происходящих в двигателе внутреннего сгорания при его работе:

А) впрыскивание горючего

Б) открытие выпускного клапана

В) открытие впускного клапана

Г) сгорание горючей смеси

Д) рабочий ход

Задание на практическую работу

Определить расход дизельного горючего трактора Т – 4 за 1 час, если при КПД равного 25% он развивает мощность 81 кВт.

Внутренняя энергия идеального одноатомно газа с температурой 270С , равна 15 кДж. Определить количество молей в 6 кг данного газа.

В процессе изобарического расширения газа была совершена работа 400 Дж. При каком давлении совершался процесс, если объем газа изменился с 0,3 м3 до 600 л?

Какую работу совершил газ в процессе изобарического расширения при давлении 4∙ 105 Па, если его температура повысилась с 170С до 300 К, а объем достиг 4 л?

Найдите изменение внутренней энергии азота при изохорическом нагревании на 800С, если его масса 1 кг, а удельная теплоемкость при постоянном объеме равна 745 Дж/ кг∙К

Температура нагревателя идеального теплового двигателя 425 К, а холодильника 300 К. Двигатель получил от нагревателя 4 ∙ 104Дж теплоты. Рассчитайте работу, совершенную рабочим телом двигателя.

Газ находится под давлением 2,5 ∙ 105 Па. При сообщении газу 6∙ 104 Дж теплоты, он изобарно расширился на 2 м3. На сколько изменилась внутренняя энергия газа? Как изменилась температура газа?

Тепловой двигатель получает от нагревателя 0,6 МДж теплоты и отдает холодильнику 0,2 МДж теплоты. Каков КПД такого двигателя?

При изобарном нагревании идеальный газ совершил работу 0,2 кДж. Под каким давлением находился газ, если при расширении его обьем увеличился на 2∙ 10-3 м3?

Тепловая машина за один цикл получает от нагревателя количество теплоты 10 Дж и отдает холодильнику 6 Дж. Каков КПД машины?

Рассчитайте изменение внутренней энергии 2 кг аргона, находящегося в закрытом сосуде, при его охлаждении на 220С.

При изохорном охлаждении газ отдал 4 ∙ 107Дж теплоты. Рассчитайте изменение внутренней энергии газа. Поясните физический смысл полученного результата.

Газ находится под давлением 50 МПа. При сообщении газу 60 МДж теплоты он изобарно расширился на 0,5 м3. На сколько изменилась внутренняя энергия газа? Как изменилась температура газа?

Вычислите давление, под которым находится газ, если при его изобарическом расширении на 0,004 м3 была совершена работа 400 Дж.

Горячий пар поступает в турбину при температуре 5000С, а выходит при температуре 300С. Считая паровую машину идеальной, вычислите КПД.

Тепловой двигатель получает от нагревателя 0,4 МДж и отдает холодильнику 0,1 МДж теплоты. Чему равен КПД такого двигателя?

КПД идеального теплового двигателя 30%. Газ получил от нагревателя 10 кДж теплоты. Рассчитайте температуру нагревателя, если температура холодильника 200С. Какое количество теплоты отдано холодильнику?

Температура нагревателя идеальной тепловой машины 2070С, а холодильника 170С. Ежесекундно машина получает от нагревателя 5 ∙ 104Дж теплоты. Найдите КПД тепловой машины, количество теплоты, отдаваемое каждую секунду холодильнику.

Тепловая машина совершает работу 200 Дж за счет каждого килоджоуля, получаемого от нагревателя. Найдите КПД тепловой машины.

Температура нагревателя идеальной тепловой машины 1270С, а холодильника 270С. Каков КПД этой машины?

При постоянном давлении 105 Па объем воздуха, находившегося в квартире, увеличился на 20 дм3. Какую работу совершил газ?

Каково максимально возможное значение КПД тепловой машины, использующей нагреватель с температурой 4270С и холодильник с температурой 270С?

Температура нагревателя идеальной тепловой машины 2070С, а холодильника 170С. Машина отдает холодильнику 5 кДж теплоты. Определите КПД машины и количество теплоты, получаемой от нагревателя.

КПД идеального двигателя 35%. Газ получил от нагревателя 70 кДж теплоты. Какое количество теплоты отдано холодильнику?

Определите КПД идеальной тепловой машины, если температура его нагревателя 7270С, а холодильника 3270

Карта оценивания

выполнения практической работы

№ п/п	Показатели и критерии оценивания	Баллы	Весовой коэффициент	Фактическое кол-во баллов
1	2	3	4	5
1.	Владение приемами работ
	Уверенно и точно владеет приемами работ.	3	2
	Правильно владеет приемами работ, но возможны несущественные ошибки, исправляемые самим учащимся.	2
	Недостаточное владение приемами работы.	1
2.	Соблюдение технических и технологических требований к качеству производимых работ
	Качественно выполняет работу без помощи мастера.	3	3
	Уровень качества выполненной работы снижен незначительно; работу выполняет самостоятельно (возможна несущественная помощь мастера).	2
	Значительные отклонения по качеству работ.	1
3.	Выполнение установленных норм времени (выработки)
	Выполняет норму времени (выработки) – К1=0,9-1.	3	2
	Незначительные отклонения от норм времени (выработки) - К1=0,89-0,8.	2
	Значительные отклонения от норм времени (выработки) К1=0,79-0,7.	1
4.	Соблюдение требований безопасности труда и организации рабочего места
	Не нарушает правила безопасности труда; правильно организует рабочее место.	3	1
	Незначительные замечания по выполнению требований безопасности труда и организации рабочего места;	2
	Нарушения правил безопасности труда; существенные ошибки в организации рабочего места.	1
5.	Умение пользоваться оборудованием, инструментами и приспособлениями
	Уверенно и умело пользуется оборудованием, инструментами и приспособлениями.	3	2
	Правильно пользуется оборудованием, инструментами и приспособлениями, но возможны несущественные ошибки, исправляемые самим уч-ся.	2
	Недостаточное умение пользоваться оборудованием, инструментами и приспособлениями.	1
Максимальное количество баллов: 30

Перевод в отметку:

30-27 б. - «5»; 26-24 б.- «4»; 23-21 б.- «3»

Если набрано 20 б. и менее, работа не оценивается