Естествознание 11 класс (Урок№8 - Законы термодинамики и КПД тепловых двигателей.)
Естествознание 11 класс (Урок№8 - Законы термодинамики и КПД тепловых двигателей.) Что такое тепловые двигатели? Все физические явления и законы находят применение в повседневной жизни человека. Запасы внутренней энергии в океанах и земной коре можно считать практически неограниченными. Но располагать этими запасами недостаточно. Необходимо за счет энергии уметь приводить в действие устройства, способные совершать работу. Цель: - понять законы термодинамики и коэффициент полезного действия тепловых двигателей. Задачи: - освоить понятия «коэффициент полезного действия теплового двигателя», «идеальный тепловой двигатель»; - осознать причины невозможности создания вечного двигателя второго рода. мы узнаем: - чем ограничен КПД теплового двигателя; - что такое идеальный тепловой двигатель; - как вычислить КПД идеальной тепловой машины; мы научимся: - строить логическое рассуждение, включающее установление причинно-следственных связей; - объяснять процессы, связи и отношения, выявляемые в ходе работ; мы сможем: - понимать, какими свойствами должен обладать идеальный тепловой двигатель; - систематизировать знания о законах термодинамики. В работе всех двигателей можно выделить следующие общие черты: 1) энергия топлива → механическая энергия. При этом энергия топлива сначала превращается во внутреннюю энергию газа или пара, нагретых до высокой температуры. Необходимо наличие двух тел с различными температурами. Они называются нагревателем и холодильником. Кроме того, необходимо рабочее тело (пар или газ). В процессе работы теплового двигателя рабочее тело забирает у нагревателя некоторое количество теплоты Q1 и превращает часть его в механическую энергию А, а непревращенную часть теплоты Q2 передает холодильнику. По закону сохранения и превращения энергии A=Q1–Q2 2) Работа любого теплового двигателя циклична. – Каждый цикл состоит из разных процессов: – получение энергии от нагревателя; – рабочего хода (расширения рабочего тела и превращения части полученной энергии в механическую); – передачи неиспользованной части холодильнику. Наличие нагревателя, рабочего тела и холодильника – принципиально необходимое условие для непрерывной циклической работы любого теплового двигателя. КПД теплового двигателя – важнейшая его характеристика. ТД подчиняется первому закону термодинамики и конечно же второму закону термодинамики (передача тепла происходит от более нагретого тела к менее нагретому). Коэффициентом полезного действия называют отношение полезной работы, совершенной данным двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя. КПД выражают в процентах. КПД тепловых двигателей Повышение КПД тепловых двигателей и приближение его к максимально возможному – важнейшая техническая задача. Законы термодинамики позволяют вычислить максимально возможный КПД теплового двигателя, работающего с нагревателем, имеющим температуру Т1 и холодильником с температурой Т2. Второй закон термодинамики – невозможно передать тепло от более холодного тела к более горячему так, чтобы в окружающей тела системе ничего не изменилось Данный закон запрещает существование вечного двигателя второго рода. Третий закон термодинамики – невозможен процесс, в результате которого тело могло бы быть охлаждено до температуры абсолютного нуля. В 19 веке в результате работ по теплотехнике французский инженер Сади Карно рассмотрел гипотетический тепловой двигатель, соответствующий которому цикл, состоит из двух адиабат и двух изотерм. Впоследствии этот цикл был назван циклом Карно. Особенностью цикла Карно является то, что в отличие от других термодинамических циклов он может быть проведен обратимым образом. Это свойство обеспечивает максимальное значение КПД цикла Карно по отношению к другим циклам, работающим с тем же нагревателем и холодильником. Соответствующий тепловой двигатель был назван «идеальным тепловым двигателем».
Естествознание 11 класс (Урок№8 - Законы термодинамики и КПД тепловых двигателей.) Что такое тепловые двигатели? Все физические явления и законы находят применение в повседневной жизни человека. Запасы внутренней энергии в океанах и земной коре можно считать практически неограниченными. Но располагать этими запасами недостаточно. Необходимо за счет энергии уметь приводить в действие устройства, способные совершать работу. Цель: - понять законы термодинамики и коэффициент полезного действия тепловых двигателей. Задачи: - освоить понятия «коэффициент полезного действия теплового двигателя», «идеальный тепловой двигатель»; - осознать причины невозможности создания вечного двигателя второго рода. мы узнаем: - чем ограничен КПД теплового двигателя; - что такое идеальный тепловой двигатель; - как вычислить КПД идеальной тепловой машины; мы научимся: - строить логическое рассуждение, включающее установление причинно-следственных связей; - объяснять процессы, связи и отношения, выявляемые в ходе работ; мы сможем: - понимать, какими свойствами должен обладать идеальный тепловой двигатель; - систематизировать знания о законах термодинамики. В работе всех двигателей можно выделить следующие общие черты: 1) энергия топлива → механическая энергия. При этом энергия топлива сначала превращается во внутреннюю энергию газа или пара, нагретых до высокой температуры. Необходимо наличие двух тел с различными температурами. Они называются нагревателем и холодильником. Кроме того, необходимо рабочее тело (пар или газ). В процессе работы теплового двигателя рабочее тело забирает у нагревателя некоторое количество теплоты Q1 и превращает часть его в механическую энергию А, а непревращенную часть теплоты Q2 передает холодильнику. По закону сохранения и превращения энергии A=Q1–Q2 2) Работа любого теплового двигателя циклична. – Каждый цикл состоит из разных процессов: – получение энергии от нагревателя; – рабочего хода (расширения рабочего тела и превращения части полученной энергии в механическую); – передачи неиспользованной части холодильнику. Наличие нагревателя, рабочего тела и холодильника – принципиально необходимое условие для непрерывной циклической работы любого теплового двигателя. КПД теплового двигателя – важнейшая его характеристика. ТД подчиняется первому закону термодинамики и конечно же второму закону термодинамики (передача тепла происходит от более нагретого тела к менее нагретому). Коэффициентом полезного действия называют отношение полезной работы, совершенной данным двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя. КПД выражают в процентах. КПД тепловых двигателей Повышение КПД тепловых двигателей и приближение его к максимально возможному – важнейшая техническая задача. Законы термодинамики позволяют вычислить максимально возможный КПД теплового двигателя, работающего с нагревателем, имеющим температуру Т1 и холодильником с температурой Т2. Второй закон термодинамики – невозможно передать тепло от более холодного тела к более горячему так, чтобы в окружающей тела системе ничего не изменилось Данный закон запрещает существование вечного двигателя второго рода. Третий закон термодинамики – невозможен процесс, в результате которого тело могло бы быть охлаждено до температуры абсолютного нуля. В 19 веке в результате работ по теплотехнике французский инженер Сади Карно рассмотрел гипотетический тепловой двигатель, соответствующий которому цикл, состоит из двух адиабат и двух изотерм. Впоследствии этот цикл был назван циклом Карно. Особенностью цикла Карно является то, что в отличие от других термодинамических циклов он может быть проведен обратимым образом. Это свойство обеспечивает максимальное значение КПД цикла Карно по отношению к другим циклам, работающим с тем же нагревателем и холодильником. Соответствующий тепловой двигатель был назван «идеальным тепловым двигателем».