Физика — Задачник — 10-11 классы — Рымкевич А.П.
Физика — Задачник — 10-11 классы — Рымкевич, А.П. — 2006
Р95 Физика. Задачник. 10-11 классы.: пособие для общеобразовательных учреждений / А. П. Рымкевич.
10-е изд., стереотип. — М. : Дрофа, 2006. — 188, [4] с.: ил. — (Задачники «Дрофы»).
ISBN 5-358-00271-5
В сборник задач по физике включены задачи по всем разделам школьного курса для 10-11 классов. Расположение задач соответствует структуре учебных программ и учебников.
Купить книгу Физика — Задачник — 10-11 классы — Рымкевич, А. П. — 2006
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
МЕХАНИКА
Глава I. Основы кинематики — 5
Глава II. Основы динамики — 22
Глава III. Законы сохранения — 47
Глава IV.
Механические колебания и волны — 59
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
Глава V. Основы молекулярно-кинетической теории — 64
Глава VI. Основы термодинамики — 81
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
Глава VII. Электрическое поле — 89
Глава VIII. Законы постоянного тока — 101
Глава IX. Магнитное поле — 109
Глава X. Электрический ток в различных средах — 114
Глава XI. Электромагнитная индукция — 121
Глава XII. Электромагнитные колебания — 126
Глава XIII. Электромагнитные волны — 133
Глава XIV. Световые волны — 136
Глава XV. Элементы специальной теории относительности — 147
КВАНТОВАЯ ФИЗИКА
Глава XVI. Световые кванты. Действия света — 150
Глава XVII. Атом и атомное ядро — 155
Приложения — 164
Ответы 171
Купить книгу Физика — Задачник — 10-11 классы — Рымкевич, А. П. — 2006
По кнопкам выше и ниже «Купить бумажную книгу» и по ссылке «Купить» можно купить эту книгу с доставкой по всей России и похожие книги по самой лучшей цене в бумажном виде на сайтах официальных интернет магазинов Лабиринт, Озон, Буквоед, Читай-город, Литрес, My-shop, Book24, Books.
По кнопке «Купить и скачать электронную книгу» можно купить эту книгу в электронном виде в официальном интернет магазине «ЛитРес», и потом ее скачать на сайте Литреса.
По кнопке «Найти похожие материалы на других сайтах» можно найти похожие материалы на других сайтах.
On the buttons above and below you can buy the book in official online stores Labirint, Ozon and others. Also you can search related and similar materials on other sites.
Купить бумажную книгуКупить и скачать электронную книгу
Дата публикации:
Теги: физика :: книга :: школа :: класс :: пособие :: Рымкевич :: сборник :: задача :: задачи :: курс :: 10 класс :: 11 класс :: учебная программа :: 2006 :: дрофа :: дрофы :: издание :: механика :: электродинамика :: квантовая физика
Следующие учебники и книги:
- Задачи и вопросы по физике — Учебное пособие для средних специальных учебных заведений — Гладкова Р.
А. — 2006 - Задачи по физике с анализом их решения — Савченко Н.Е. — 2000
- Задачи по физике и методы их решения — учебное пособие — Балаш В.А. — 1983
- Физика в примерах и задачах — Бутиков Е.И., Быков А.А., Кондратьев А.С. — 1983
А. — 2006Предыдущие статьи:
- Сборник задач по физике для 7-9 классов общеобразовательных учреждений — Лукашик В.И., Иванова Е.В.
<< Предыдущая статья
Что такое давление насыщенного пара. Зависимость давления насыщенного пара от температуры. Кипение
Тема: Основы молекулярно-кинетической теории
Урок: Зависимость давления насыщенного пара от температуры. Кипение
В предыдущих уроках мы ввели понятие идеального газа как модели, в которой все законы газа, которые мы изучили. Однако это не означает, что молекулярная физика и, в частности, молекулярно-кинетическая теория ограничиваются изучением только идеальных газов. Для реальных газов наши расчеты на тему «основы молекулярно-кинетической теории», безусловно, справедливы.
Однако ожидается, что связь между параметрами реальных газов будет иметь несколько иной вид, чем эта связь для идеальных газов.
Рассмотрим такой реальный газ, как насыщенный пар. Напомним, что как раз по умолчанию паром называется газообразное состояние определенного вещества (чаще всего, когда говорят «пар», имеют в виду именно водяной пар). Насыщенный пар означает следующее:
Определение. Насыщенный пар Пар, находящийся в динамическом равновесии с жидкостью. То есть количество молекул жидкости, покидающих жидкость за определенный промежуток времени, в среднем равно количеству молекул пара, возвращающихся обратно в жидкость (см. рис. 1). Над любой поверхностью жидкости всегда есть область насыщенного пара. Чтобы создать более широкую область, необходимо предотвратить выход молекул пара в окружающую среду (герметично закрыть сосуд).
Чтобы понять разницу между насыщенным паром и идеальным газом, нужно представить себе два эксперимента.
Для начала возьмем герметически закрытый сосуд с водой и начнем ее нагревать.
С повышением температуры молекулы жидкости будут иметь все большую кинетическую энергию, и все большее число молекул сможет покинуть жидкость (см. рис. 2), следовательно, будет увеличиваться концентрация пара и, следовательно, его давление. Итак, первая позиция:
Рис. 2. T 2 > T 1
Однако это положение вполне ожидаемо и не так интересно, как следующее. Если под подвижный поршень поместить жидкость с насыщенным паром и начать этот поршень опускать, то, несомненно, концентрация насыщенного пара увеличится за счет уменьшения объема. Однако через некоторое время пар перейдет вместе с жидкостью к новому динамическому равновесию за счет конденсации избыточного количества пара, и давление в итоге не изменится. Второе положение теории насыщенного пара:
Теперь следует отметить, что давление насыщенного пара хоть и зависит от температуры, как и у идеального газа, но характер этой зависимости несколько иной. Дело в том, что, как мы знаем из основного уравнения МКТ, давление газа зависит как от температуры, так и от концентрации газа.
И поэтому давление насыщенного пара зависит от температуры нелинейно до тех пор, пока не увеличится концентрация пара, то есть пока не испарится вся жидкость. На приведенном ниже графике (рис. 3) показан характер зависимости давления насыщенных паров от температуры,
Рис. 3
причем переход от нелинейного участка к линейному как раз и означает точку испарения всей жидкости. Поскольку давление насыщенного газа зависит только от температуры, можно совершенно однозначно определить, каким будет давление насыщенного пара при данной температуре. Эти соотношения (а также значения плотности насыщенного пара) приведены в специальной таблице.
Обратимся теперь к такому важному физическому процессу, как кипение. В восьмом классе кипение уже определялось как процесс парообразования более интенсивный, чем испарение. Теперь несколько расширим это понятие.
Определение. Кипение — процесс парообразования, происходящий во всем объеме жидкости. Каков механизм кипения? Дело в том, что в воде всегда есть растворенный воздух, а в результате повышения температуры растворимость его уменьшается, и образуются микропузырьки.
Рис. 4. Процесс кипения ()
Условием образования и всплытия этих пузырьков является следующее неравенство: давление насыщенного пара должно быть больше или равно атмосферному давлению.
Таким образом, поскольку давление насыщенного пара зависит от температуры, температура кипения определяется давлением среды: чем оно меньше, тем при более низкой температуре закипает жидкость, и наоборот.
На следующем уроке мы начнем рассматривать свойства твердых тел.
Библиография
- Мякишев Г. Я., Синяков А.З. Молекулярная физика. Термодинамика. — М.: Дрофа, 2010.
- Генденштейн Л.Е., Дик Ю.И. Физика 10 класс. — М.: Илекса, 2005.
- Касьянов В.А. Физика 10 класс. — М.: Дрофа, 2010.
Я., Синяков А.З. Молекулярная физика. Термодинамика. — М.: Дрофа, 2010.- Физика.ру ().
- Чемпорт.ру ().
- Народ.ру ().
Домашнее задание
- Страница 74: № 546-550. Физика. Книга заданий. 10-11 классы. Рымкевич А.П. — М.: Дрофа, 2013. ()
- Почему альпинисты не могут варить яйца на высоте?
- Какими способами можно охладить горячий чай? Обоснуйте их с точки зрения физики.
- Почему давление газа на горелке должно снижаться после закипания воды?
- * Как можно нагреть воду выше ста градусов по Цельсию?
Знакомство с изотермами реального газа при различных температурах (см. рис. 6.4) позволяет сделать вывод, что давление насыщенного пара увеличивается с ростом температуры. Поскольку давление насыщенного пара не зависит от объема, оно, следовательно, зависит только от температуры.
Однако зависимость p(T), найденная экспериментально, не пропорциональна, как в идеальном газе при постоянном объеме (закон Шарля). С повышением температуры давление насыщенного пара растет быстрее, чем давление идеального газа (рис. 6.5, участок кривой АВ). Это становится особенно очевидным, если провести изохору через точку А (штриховая линия). Почему это происходит?
При нагревании жидкости паром в закрытом сосуде часть жидкости превращается в пар. С повышением температуры увеличивается скорость испарения и нарушается равновесие между жидкостью и паром. Концентрация молекул и, следовательно, плотность пара увеличиваются. Это продолжается до тех пор, пока плотность пара не увеличится настолько, что процесс конденсации уравновесит процесс испарения. В итоге по формуле р = нкТ давление насыщенного пара увеличивается не только за счет повышения температуры, но и за счет увеличения концентрации молекул (плотности) пара. При этом основную роль в увеличении давления насыщенного пара играет увеличение концентрации молекул пара, а не повышение его температуры.
Основное различие в поведении идеального газа и насыщенного пара состоит в том, что при изменении температуры пара в закрытом сосуде (или при изменении объема пара при постоянной температуре) изменяется масса пара. Жидкость частично превращается в пар или, наоборот, пар частично конденсируется. ОТ идеального газа ничего подобного не происходит.
Когда вся жидкость испарится, пар при дальнейшем нагревании перестанет быть насыщенным и его давление при постоянном объеме возрастет прямо пропорционально абсолютной температуре в соответствии с законом Шарля (см. рис. 6.5, сечение ВС).
Изотермы реального газа, полученные экспериментально, описывают состояние газа, равновесие между газом и жидкостью, жидкое состояние. С их помощью можно проследить зависимость давления насыщенных паров от температуры.
§ 6.4. критическая температура. Критическая ситуация
Вещество может находиться в жидком состоянии не при любой температуре. Есть предел.
Критическая температура
При достаточно высоких температурах горизонтальный участок изотермы реального газа (см.
рис. 6.4) становится очень коротким и при определенной температуре превращается в точку (на рис. 6.4 — точка
Критическая ситуация
Состояние, соответствующее точке К, в которую переходит горизонтальный участок изотермы при температуре Т = Т до , называют критическим состоянием (критической точкой). Давление и объем в этом состоянии называются критическими. Критическое давление для углекислого газа 7,4·10 6 Па (73 атм), а для воды 2,2·10 7 Па (218 атм). В критическом состоянии жидкость имеет максимальный объем, а насыщенный пар — максимальное давление.
Зависимость давления насыщенного пара от температуры. Состояние насыщенного пара приближенно описывается уравнением состояния идеального газа (3.4), а его давление приближенно определяется формулой
С повышением температуры растет и давление. Поскольку давление насыщенного пара не зависит от объема, оно, следовательно, зависит только от температуры.
Однако эта зависимость, найденная экспериментально, не является прямо пропорциональной, как в идеальном газе при постоянном объеме. С повышением температуры давление насыщенного пара растет быстрее, чем давление идеального газа (рис. 52, участок кривой АВ).
Это происходит по следующей причине. При нагревании жидкости паром в закрытом сосуде часть жидкости превращается в пар. В результате, согласно формуле (5.1), давление пара увеличивается не только за счет повышения температуры, но и за счет увеличения концентрации молекул (плотности) пара. Основное различие в поведении идеального газа и насыщенного пара состоит в том, что при изменении температуры пара в закрытом сосуде (или при изменении объема при постоянной температуре) изменяется масса пара.
Когда вся жидкость испарится, пар при дальнейшем нагревании перестанет быть насыщенным и его давление при постоянном объеме возрастет прямо пропорционально абсолютной температуре (участок ВС на рис. 52).
Кипячение. Зависимость давления насыщенного пара от температуры объясняет, почему точка кипения жидкости зависит от давления. При кипении во всем объеме жидкости образуются быстро растущие пузырьки пара, которые всплывают на поверхность. Очевидно, паровой пузырек может расти, когда давление насыщенного пара внутри него немного превышает давление в жидкости, представляющее собой сумму давления воздуха на поверхность жидкости (внешнее давление) и гидростатического давления столба жидкости .
Кипение начинается при температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках равно давлению в жидкости.
Чем больше внешнее давление, тем выше температура кипения.
Так, при давлении в паровом котле, достигающем Па, вода не закипает даже при температуре 200°С. В лечебных учреждениях кипячение воды в герметически закрытых сосудах — автоклавах (рис. 53) — также происходит при повышенном давлении. Поэтому температура кипения намного выше 100°С. Автоклавы используются для стерилизации хирургических инструментов, перевязочных материалов и т. д.
И наоборот, снижая давление, мы тем самым понижаем температуру кипения. Откачав из колбы воздух и пары воды, можно довести воду до кипения при комнатной температуре (рис. 54). При подъеме в горы атмосферное давление снижается. Поэтому температура кипения снижается. На высоте
7134 м (пик Ленина на Памире) давление примерно равно Па (300 мм рт.ст.). Температура кипения воды там около 70°С. Приготовить, например, мясо в этих условиях невозможно.
Разность температур кипения жидкостей определяется разностью давления их насыщенных паров. Чем выше давление насыщенных паров, тем ниже температура кипения соответствующей жидкости, так как при более низких температурах давление насыщенных паров становится равным атмосферному давлению.
Например, при 100 °С давление насыщенного водяного пара составляет (760 мм рт. ст.), а паров ртути всего 117 Па (0,88 мм рт. ст.). Ртуть кипит при 357°С при нормальном давлении.
критическая температура. С повышением температуры одновременно с увеличением давления насыщенного пара увеличивается и его плотность. Плотность жидкости, находящейся в равновесии со своим паром, наоборот, уменьшается из-за расширения жидкости при нагревании. Если на одном рисунке провести кривые зависимости плотности жидкости и ее пара от температуры, то для жидкости кривая пойдет вниз, а для пара — вверх (рис. 55).
При определенной температуре, называемой критической, обе кривые сливаются, т. е. плотность жидкости становится равной плотности пара.
Критическая температура – это температура, при которой исчезают различия в физических свойствах жидкости и ее насыщенного пара.
При критической температуре плотность (и давление) насыщенного пара становится максимальной, а плотность жидкости, находящейся в равновесии с паром, становится минимальной.
Удельная теплота парообразования уменьшается с повышением температуры и обращается в нуль при критической температуре.
Каждое вещество имеет свою критическую температуру. Например, критическая температура воды, при этом жидкая окись углерода (IV)
Я работал на уроке | активно/пассивно |
Моя работа на уроке i | удовлетворен/не удовлетворен |
Урок показался мне | короткий / длинный |
На урок I. | не устал/устал |
И полезные формулы. Задачи по физике на КПД теплового двигателяЗадание на расчет КПД тепловой машины №1Состояние Вода массой 175 г нагревается на спирте. Пока вода нагревалась от Т1=15 до Т2=75 градусов Цельсия, масса спирта уменьшилась со 163 до 157 г. Рассчитать КПД установки. Решение КПД полезной операции можно рассчитать как отношение полезной работы к общему количеству теплоты, выделяемой спиртом: Полезная работа в данном случае эквивалентна количеству теплоты, пошедшей исключительно на обогрев. Его можно рассчитать по известной формуле: Рассчитывают общее количество теплоты, зная массу сгоревшего спирта и его удельную теплоту сгорания. Подставляем значения и вычисляем: Ответ: 27% Задание на расчет КПД тепловой машины №2Состояние Старый двигатель отрабатывал 220,8 МДж, расходуя при этом 16 килограммов бензина. Решение Находим общее количество теплоты, которое произвел двигатель: Или, умножив на 100, получим значение КПД в процентах: Ответ: 30%. Задание на расчет КПД тепловой машины №3Состояние Тепловая машина работает по циклу Карно, при этом 80% тепла, полученного от нагревателя, передается холодильнику. За один цикл рабочее тело получает от нагревателя 6,3 Дж теплоты. Найдите работу и КПД цикла. Решение КПД идеальной тепловой машины: По состоянию: Рассчитать сначала работу, а затем КПД: Ответ: двадцать %; 1,26 Дж. Задание на расчет КПД тепловой машины №4Состояние На схеме изображен цикл дизеля, состоящий из адиабаты 1-2 и 3-4, изобары 2-3 и изобары 4-1. Температуры газа в точках 1, 2, 3, 4 равны t1, T2, T3, T4 соответственно. Решение Проанализируем цикл, и КПД будет рассчитываться через подчиненное и отведенное количество тепла. На адиабатах теплота не подводится и не выделяется. На Изобарах 2 — 3 подается тепло, увеличивается объем и, соответственно, растет температура. На изооре отдается 4 — 1 теплоты, а давление и температура падают. Аналогично: Получаем результат: Ответ: См. выше. Задача на расчет КПД тепловой машины № 5Состояние Тепловая машина, работающая по бутылевому циклу, дает за один цикл А = 2,94 кДж и отдает охладителю за один цикл количество теплоты Q2 = 13,4 кДж. Найдите цикл ПЗС. Решение Запишем формулу КПД: Ответ: 18% Вопросы по теме тепловые двигателиВопрос 1. Что такое тепловая машина? Ответ. Тепловая машина – машина, совершающая работу за счет энергии, поступающей к ней в процессе теплопередачи. Вопрос 2. Приведите примеры тепловых двигателей. Ответ. Первыми тепловыми двигателями, получившими широкое распространение, были паровые машины. Примерами современной тепловой машины могут служить:
Вопрос 3. Может ли КПД двигателя равняться единице? Ответ. Нет. КПД всегда меньше единицы (или меньше 100%). Существование двигателя с КПД равно одному вопреки первому началу термодинамики. КПД реальных двигателей редко превышает 30%. Вопрос 4. Что такое кпд? Ответ. КПД (КПД) — отношение работы, которую совершает двигатель, к количеству теплоты, получаемой от нагревателя. Вопрос 5. Что такое удельная теплота сгорания топлива? Ответ. Удельная теплота сгорания кв. Задания и вопросы по циклу КарноЗатрагивая тему тепловых машин, нельзя оставить в стороне цикл Карно — пожалуй, самый известный в физике цикл тепловой машины. Даем дополнительно несколько задач и вопросов к циклу Карно с решением.
Задача по циклу Карно №1Состояние Идеальная тепловая машина, работающая по бутылевому циклу, дает возможность за один цикл а = 73,5 кДж. Температура нагревателя Т1 = 100 °С, температура холодильника Т2 = 0 °С. Решение Рассчитать CPD цикла: С другой стороны, чтобы найти количество теплоты, полученное машиной, мы используем соотношение: Количество теплоты, отданное холодильнику, будет равно разности общего количества теплоты и полезной работы: Ответ: 0,36; 204,1 кДж; 130,6 кДж. Задача карно цикла №2Состояние Идеальная тепловая машина, работающая в цикле Карно, позволяет за один цикл а = 2,94 кДж и дает количество теплоты Q2 = 13,4 кДж за один цикл. Найдите цикл ПЗС. Решение Формула эффективности цикла carno: Здесь a — совершенная работа, а Q1 — количество теплоты, необходимое для ее совершения. Количество тепла, которое идеальный автомобиль отдает холодильнику, равно разности этих двух величин. Ответ: 17%. Задача по циклу Карно №3Состояние Изобразите цикл Карно на схеме и опишите его Решение Цикл Карно на диаграмме PV выглядит следующим образом:
Ответ: см. выше. Вопрос по циклу Карно №1Слово первая теорема Карно Ответ. Первая теорема Карно гласит: КПД тепловой машины, работающей по циклу Карно, зависит только от температур нагревателя и холодильника, но не зависит ни от устройства машины, ни от вида и свойств ее рабочего тела. Вопрос по циклу Карно №2Может ли КПД в цикле Карно быть 100%? Ответ. Если у вас есть вопросы по теме тепловых двигателей и цикла Карно, можете смело задавать их в комментариях. А если вам нужна помощь в решении задач или других примеров и задач, звоните по номеру КПД теплового двигателя. По закону сохранения энергии работа, совершаемая двигателем, равна: где — теплота, полученная от нагревателя, является теплотой, отданной холодильнику. КПД тепловой машины называется отношением выполненной работы двигателя, к количеству теплоты, полученной от нагревателя: Так как у всех двигателей определенное количество теплоты передается холодильнику, то во всех случаях Максимальное значение КПД тепловых двигателей. Французский инженер и ученый Каро (1796 1832) В работе «Размышления о движущей силе огня» (1824) поставил цель: выяснить, однако, работа тепловой машины будет наиболее эффективной, т. Карно придумал совершенную тепловую машину с идеальным газом в качестве рабочего тела. Рассчитан КПД этого автомобиля, работающего с температурой нагревателя и температурой холодильника Основное значение этой формулы заключается в том, как Карно доказал, опираясь на второй закон термодинамики, что любой реальный теплоноситель, работающий с температурой нагреватель и температурный холодильник не могут иметь КПД, превышающий КПД совершенной тепловой машины. Формула (4.18) дает теоретический предел максимального значения КПД тепловых двигателей. Из него видно, что тепловой двигатель тем эффективнее, чем выше температура нагревателя и ниже температура холодильника. Только при температуре холодильника равной абсолютному нулю, Но температура холодильника почти не может быть намного ниже температуры окружающей среды. Вы можете увеличить температуру нагревателя. Однако любой материал (твердый) имеет ограниченную термостойкость, или теплостойкость. Сейчас основные усилия инженеров направлены на повышение КПД двигателей за счет уменьшения трения их деталей, потерь топлива из-за его неполного сгорания и т. д. Реальные возможности повышения КПД здесь еще велики. Так, для паровой турбины начальная и конечная температуры пары примерно таковы: при этих температурах максимальный КПД равен: Фактическое значение КПД за счет разного рода потерь энергии: Повышение КПД тепловых двигателей, приближение его к максимально возможному — важнейшая техническая задача. Тепловые двигатели и защита природы. Широкое применение тепловых двигателей с целью получения энергии, удобной для использования энергии в наибольшей степени по сравнению с все остальные виды производственных процессов связаны с воздействием на окружающую среду. Согласно второму закону термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может осуществляться без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. Но этим далеко не исчерпываются негативные последствия использования тепловых двигателей. Топливы тепловых электростанций, двигателей внутреннего сгорания автомобилей и др. Постоянно выбрасываются в атмосферу вредные для растений, животных и человека вещества: соединения серы (при сжигании угля), оксиды азота, углеводороды, оксид углерода (СО) и др. В связи с этим представлены автомобили, количество которых угрожающе растет, а очистка отработанных газов затруднена. На АЭС существует проблема захоронения опасных радиоактивных отходов. Кроме того, использование паровых турбин на электростанциях требует больших площадей под бассейнами для охлаждения отработанного пара, с увеличением мощности электростанции резко возрастает потребность в воде. Все это ставит перед обществом ряд серьезных проблем. Наряду с важнейшей задачей повышения эффективности тепловых двигателей требуется ряд природоохранных мероприятий. Необходимо повысить эффективность сооружений, препятствующих выбросу вредных веществ в атмосферу; Для достижения более полного сгорания топлива в двигателях автомобилей. Уже запрещено эксплуатировать автомобили с повышенным содержанием СО в выхлопных газах. Отмечена возможность создания электромобилей, способных конкурировать с обычными, и возможность использования топлива без вредных веществ в отработавших газах, например, в двигателях, работающих на смеси водорода с кислородом. Для экономии площади и водных ресурсов целесообразно строительство целых комплексов электростанций, в первую очередь атомных, с замкнутым циклом водоснабжения. Еще одним направлением сопутствующих усилий является повышение энергоэффективности, борьба за ее экономию. Решение перечисленных выше проблем жизненно необходимо человечеству. И эти проблемы с максимальным успехом могут решать в социалистическом обществе при планомерном развитии экономики всей страны. Но организация охраны окружающей среды требует усилий в масштабах земного шара. 1. Какие процессы называются необратимыми? 2. Назовите наиболее типичные необратимые процессы. 3. Приведите примеры необратимых процессов, не упомянутых в тексте. 4. Сформулируйте второй закон термодинамики. 5. Если реки текут в обратном направлении, нарушит ли это закон сохранения энергии? 6. Какое устройство называют тепловым двигателем? 7. Какова роль нагревателя, холодильника и рабочего органа тепловой машины? 8. Почему нельзя использовать тепловые двигатели в качестве внутреннего источника энергии океана? 9. Что называется КПД тепловой машины? 10. Каково максимально возможное значение КПД теплового двигателя? Тепловым двигателем называют двигатель, выполняющий работу за счет источника тепловой энергии. Тепловая энергия ( Q Нагреватель ) От источника передается двигателю, при этом двигатель полученного двигателя расходуется на производительность Вт. , неизрасходованная энергия ( Q Холодильник ) Уходит в холодильник, роль который может выполнять, например, окружающий воздух. Термодвигатель может работать только в том случае, если температура холодильника меньше температуры нагревателя. КПД (КПД) теплового двигателя можно рассчитать по формуле: КПД = w/q нг . КПД = 1 (100%) в том случае, если вся тепловая энергия превращается в работу. КПД = 0 (0%), если никакая тепловая энергия не превращается в работу. КПД настоящей тепловой машины лежит в пределах от 0 до 1, чем выше КПД, тем эффективнее двигатель. Q х / q нг = t х / t нг кпд = 1- (q х / q нг) кпд = 1- (t х / t нг) Учитывая третий принцип термодинамики, который утверждает, что температура абсолютного нуля (Т = 0К) не может быть достигнута, можно сказать, что невозможно разработать тепловую машину с КПД = 1, так как всегда т х > 0, КПД тепловой машины будет тем больше, чем выше температура нагревателя и ниже температура холодильника. Физика, 10 класс Занятие 25. Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке: 1) понятие о тепловом двигателе; 2) устройство и принцип работы теплового двигателя; 3) КПД теплового двигателя; 4) Цикл Карно. Глоссарий по теме Тепловой двигатель — устройство, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую. КПД ( КПД) есть отношение полезной работы, совершаемой этим двигателем, к количеству теплоты, полученной от нагревателя. Двигатель внутреннего сгорания — Двигатель, в котором топливо смешивается непосредственно в рабочей камере двигателя (внутри). Реактивный двигатель — Двигатель, создающий мощность тяги за счет преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела. Цикл Карно — Это идеальный круговой процесс, состоящий из двух адиабатических и двух изотермических процессов. Нагреватель — Устройство, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой идет на работу. Холодильник — корпус, поглощающий часть энергии рабочего тела (среды или специальные устройства охлаждения и конденсации отработанного пара, т.е. конденсаторы). Рабочий орган — Тело расширяющееся, совершающее работу (газовое или паровое) Основная и дополнительная литература по теме урока : 1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. , Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебное пособие для общеобразовательных организаций М.: Образование, 2017. — 269 с.- 273. 2. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. -М.: Капля, 2014. — С. 87 — 88. Открытые электронные ресурсы по теме урока Теоретический материал для самостоятельного изучения Сказки и мифы разных народов свидетельствуют о том, что люди всегда мечтали быстро перемещаться с одного места на другое или быстро выполнять одну работу. Тепловой двигатель — тепловым двигателем называют устройство, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую. Вспомните устройство простейшего двигателя внутреннего сгорания. Рабочий цикл двигателя состоит из четырех тактов: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. В первый раз впускной клапан открывается, а выпускной остается закрытым. Движущийся вниз поршень всасывает в цилиндр горючую смесь. Во втором такте оба клапана закрыты. Двигаясь вверх, поршень сжимает топливную смесь, которая при сжатии нагревается. В третьем такте, когда поршень оказывается в верхнем положении, смесь монтируется на электроискровые свечи. Горючая смесь образует горячие газы, давление которых составляет 3-6 МПа, а температура достигает 1600-2200 градусов. Сила давления толкает поршень вниз, движение которого передается коленчатому валу с маховиком. В четвертом такте открывается выпускной клапан и выхлопные газы движущимся поршнем выталкиваются через глушитель (на рисунке не показан) в атмосферу. Любая тепловая машина включает в себя три основных элемента: нагреватель, рабочее тело, холодильник. Для определения КПД тепловой машины вводится понятие КПД. Отношением полезных актов называется отношение полезной работы, совершаемой данным двигателем, к количеству теплоты, полученной от нагревателя. Q 1 — количество теплоты, полученное от нагрева Q 2 — количество теплоты, отданное холодильнику — Работа, совершаемая двигателем за цикл. Этот КПД реален, т.е. как раз эта формула и используется для характеристики реальных тепловых двигателей. Зная мощность n и время работы двигателя T работу, совершаемую за цикл, можно найти по формуле Передача неиспользованной энергии холодильнику . В XIX веке в результате работ по теплотехнике французский инженер Сади Каро предложил другой метод определения КПД (через термодинамическую температуру). Основное значение этой формулы состоит в том, что любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру Т 1 , и холодильником с температурой Т 2, не может иметь КПД, превышающий КПД совершенной тепловой машины. Сади Карно, выяснив, при каком замкнутом процессе тепловая машина будет иметь максимальный КПД, предложил использовать цикл, состоящий из 2-х адиабатных и двух изотермических процессов Цикл Карно является наиболее эффективным циклом, имеющим максимальный КПД. Не существует теплового двигателя, у которого КПД = 100% или 1. Формула дает теоретический предел максимального значения КПД тепловых двигателей. Из него видно, что тепловой двигатель тем эффективнее, чем выше температура нагревателя и ниже температура холодильника. Только при температуре холодильника, равной абсолютному нулю, η = 1. Но температура холодильника почти не может быть ниже температуры окружающей среды. Вы можете увеличить температуру нагревателя. Однако любой материал (твердый) имеет ограниченную термостойкость, или теплостойкость. При нагревании он постепенно теряет свои упругие свойства, а при достаточно высокой температуре плавится. Сейчас основные усилия инженеров направлены на повышение КПД двигателей за счет уменьшения трения их деталей, потерь топлива из-за его неполного сгорания и т. д. Реальные возможности повышения КПД здесь еще велики. Повышение КПД тепловых двигателей и приближение его к максимально возможному — важнейшая техническая задача. Тепловые двигатели — паровые турбины, устанавливаемые также на все атомные электростанции для производства высокотемпературного пара. На всех основных видах современного транспорта в основном используются тепловые двигатели: на автомобильном — поршневые двигатели внутреннего сгорания; на воде — двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины; на железной дороге — тепловозы с дизельными установками; В авиации — поршневые, турбовинтовые и реактивные двигатели. |
Около 80% всей электроэнергии в нашей стране производится на тепловых электростанциях.
Особую опасность в этом отношении представляют автомобили, количество которых угрожающе растет, а очистка выхлопных газов затруднена.
Рассчитайте КПД двигателя.
Найдите цикл ПЗС.
Основные части теплового двигателя: нагреватель, холодильник и рабочий орган.
— Физическая величина, показывающая, сколько теплоты выделяется при сгорании топлива массой 1 кг. При решении Задачи КПД можно определить мощность двигателя n и количество сжигаемого топлива в единицу времени.
Найти КПД цикла, количество теплоты, полученное машиной за один цикл от нагревателя, и количество теплоты, выделившееся за один цикл холодильника.
Зная его, находим:
Нет. КПД цикла Карно будет 100% только в том случае, если температура холодильника будет равна абсолютному нулю, а это невозможно.
е. при каких условиях двигатель будет иметь максимальную эффективность.
При нагревании он постепенно теряет свои упругие свойства, а при достаточно высокой температуре плавится.
Это не может не привести к постепенному повышению средней температуры на Земле. Сейчас потребляемая мощность составляет около 1010 кВт. При достижении этой мощности средняя температура заметно повысится (примерно на один градус). Дальнейшее повышение температуры может создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня мирового океана.
В 1980 г. в нашей стране для этих целей требовалась ближняя вода, то есть около 35 % водоснабжения всех отраслей хозяйства.
Для достижения этой цели нужны были устройства, которые могли бы работать или перемещаться в пространстве. Наблюдая за окружающим миром, изобретатели пришли к выводу, что для облегчения труда и быстрого передвижения необходимо использовать энергию других тел, например, воды, ветра и т. д. Можно ли использовать внутреннюю энергию порох или другой вид топлива для своих целей? Если взять пробирку, окучить воду, закрыть пробкой и нагреться. При нагревании вода закипит, а водяной пар выльется из пробки. Пара расширения делает работу. В этом примере мы видим, что внутренняя энергия топлива превратилась в механическую энергию движущейся трубы. При замене пробки на поршень, способный двигаться внутри трубки, а сама трубка представляет собой цилиндр, то мы получим простейшую тепловую машину.
Двигатель внутреннего сгорания состоит из цилиндра, внутри которого движется поршень. Поршень с шатуном соединен с коленчатым валом. В верхней части каждого цилиндра есть два клапана. Один из клапанов называется впускным, а другой – выпускным. Для обеспечения плавности хода поршня по коленчатому валу усилен тяжелый маховик.
Получив сильный толчок, маховик будет продолжать вращаться по инерции, обеспечивая движение поршня и при последующих прихватках. Во время этого такта оба клапана остаются закрытыми.
