Презентация на тему "ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА"

Содержание

• 
  Слайд 1

  ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА

  1

• 
  Слайд 2
  

  Про тело, у которого все свойства остаются неизменными, мыговорим: состояние тела не меняется. Напротив, при изменении какого-либо свойства тела меняется его состояние. Состояние тела можно изменить, совершая над ним работу. Однако возможно дости­гнуть таких же результатов и немеханическим путем. Вода нагреется как после интенсивного перемешивания, так и после поднесения к ней газовой горелки. Тепловое равновесие ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 2

• 
  Слайд 3
  

  Если внешняя среда или окружающие тела воздействуют на рассматриваемое тело или систему тел и меняют со­стояние этого тела или системы тел немеханическим путем, то гово­рят о теплообмене. Если теплообмен между телами отсутствует, то тела находятся в тепловом равновесии, имеют одинаковую температуру. Если тела соприкасаются друг с другом, то наличие теплового равновесия обнаруживается непосредственно: состояния тел длительно оста­ются теми же. Тепловое равновесие ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 3

• 
  Слайд 4
  

  Теплообмен возможен и в случае далеких друг от друга тел. Обнаружить тепловое равновесие в этом случае можно при помощи третьего тела, которое играет роль термометра. Если термометр находится в равновесии с обоими телами, то температура этих тел одинакова. Это значит, что и при непосредственном сопри­косновении они находились бы в состоянии теплового равновесия. Тепловое равновесие ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 4

• 
  Слайд 5
  

  При помощи «третьего тела», термометра, всегда можно сказать, обладают ли тела разными или одинаковыми температурами. При помощи термометра можно не только устанавливать нали­чие или отсутствие теплового равновесия, но можно и судить о сте­пени отклонения от равновесия. Тепловое равновесие ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 5

• 
  Слайд 6
  

  Чтобы термометр мог служить этой цели, нужно условиться о веществе термометра (ртуть, спирт, вода, газ) и о свойстве (признаке), по которому мы будем судить о достижении или отклонении от теплового равновесия предмета с термометром. Как и всегда в фи­зике, важно условиться, какие приборы, в данном случае тер­мометры, должны быть положе­ны за основу. Далее всегда можно проградуировать любой тер­мометр по эталонному. Тепловое равновесие ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 6

• 
  Слайд 7
  

  Чтобы термометр мог служить этой цели, нужно условиться о веществе термометра (ртуть, спирт, вода, газ) и о свойстве (признаке), по которому мы будем судить о достижении или отклонении от теплового равновесия предмета с термометром. Как и всегда в фи­зике, важно условиться, какие приборы, в данном случае тер­мометры, должны быть положе­ны за основу. Далее всегда можно проградуировать любой тер­мометр по эталонному. Тепловое равновесие ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 7

• 
  Слайд 8
  

  В качестве эталонного вещества для термометра берется газообраз­ный водород. Признак, по которому судят о температуре, - это давление газа р. Температура тела принимается пропорциональ­ной давлению водорода в газовом термометре при постоянстве объема, занимаемого водородом. Тепловое равновесие ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 8

• 
  Слайд 9
  

  Выбор шкалы температур производится следующим образом. Температура тающего Тепловое равновесие ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 9 льда называется 0°, температура кипящей воды 100° (при давлении 760 мм ртутного столба). Измеряя давление водорода р0и р100в этих двух точках, откладывая эти точки на гра­фике и проводя через них прямую линию, получим шкалу темпера­тур Цельсия.

• 
  Слайд 10
  

  Уравнение этой прямой, приведенной на рисунке, имеет вид     Тепловое равновесие ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 10 Прямая линия пересекает ось tпри температуре -273,15°С. Это абсолютный нуль. По определению понятия более низкие температуры невозможны. В физике большей частью пользуются температурой, отсчитывае-мой от абсолютного нуля, Т=t +273,15°.

• 
  Слайд 11
  

  В этом случае говорят об абсолютной температуре, или температуре в градусах Кельвина (К). Тепловое равновесие ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 11 Градуированиерабочих термометров по эталонному водородному может производиться в ограниченном интервале температур.

• 
  Слайд 12
  

  При высоких температурах может начаться диффузия водорода через стенки сосуда. При низких температурах водород может превра­титься в жидкость. Тем не менее принятое определение температуры имеет совершенно общий смысл. Тепловое равновесие ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 12

• 
  Слайд 13
  

  Основные черты поведения тел при механическом и тепловом взаимодействии превосходно отражает так называемая молекулярно-кинетическая модель. Состоящее из молекул тело рассматривается как система движущихся и взаимодействующих частиц, подчиняющаяся законам механики. Такаясистема молекул должна обладать энергией, складывающейся из потенциальной энергии взаимодействия частиц и кинетической энергии их движения. Внутренняя энергия ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 13

• 
  Слайд 14
  

  Эту энергию и называют внутренней энергией тела. Определенному состоянию тела соответствует определенная внутренняя энергия. Изменения взаимного расположения или характера движения частиц связаны с изменением внутренней энер­гии. Каким бы способом ни менялась внутренняя энергия тела, окружающие тела должны передать энергию молекулам рассматри­ваемого тела. Внутренняя энергия ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 14

• 
  Слайд 15
  

  Если тело подвергается механическому воздействию, то передача энергии происходит упорядоченным образом; при теп­ловом обмене энергия передается со стороны среды путем случайных импульсов, передаваемых то одной, то другой молекуле. Количество энергии, переданной телу механическим путем, из­меряется величиной произведенной над телом работы. Количество энергии, переданной при теплообмене, измеряется количеством тепла. Внутренняя энергия ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 15

• 
  Слайд 16
  

  Так как строгий подсчет внутренней энергии тела затруднителен, а большей частью и невозможен, и так как само представление о внутренней энергии как о чисто механической величине является лишь приближением, то надо ввести строгое определение этой величины. Это удается сделать, изучая процессы, происходящие безтеплообмена с окружающей средой. Такие явления называются адиабатическими. Внутренняя энергия ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 16

• 
  Слайд 17
  

  Производя опыт внутри теплоизолирующей оболочки и ограничивая измерения краткими сроками (пока тепло не успело «уйти» из изучаемого объема), удается вполне точно осуществить адиабатические условия. Многочисленные опыты, приведшие в свое время к установлению закона сохранения энергии, показывают; что каким бы путем ни изменялось в таком процессе состояние тела, на это потребуется одна и та же работа. Внутренняя энергия ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 17

• 
  Слайд 18
  

  Величина этой работы Аравна по определению приросту внутренней энергии тела U: А = U2 – U1. Абсолютное значение внутренней энергии, разумеется, не может быть найдено из опыта. Если бы механическая модель тела была вполне точна, то утвер­ждение, записанное выше, являлось бы простым следствием закона сохранения механической энергии. Внутренняя энергия ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 18

• 
  Слайд 19
  

  Однако молекулярно-кинетическая модель есть только модель, и поэтому тот факт, что каждому состоянию тела можно сопоставитьопределенную энергию, так что разность энергий двух состояний равна адиабатической работе перехода, является важнейшим законом природы, приводящим кзакону сохранения энергии. Внутренняя энергия ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 19

• 
  Слайд 20
  

  Теплообмен и механическое воздействие могут приводить в ряде случаев кодинаковому изменению состояния, т. е. кодинаковым изменениям внутренней энергии тела. Это дает нам возможность сравнивать тепло и работу и измерять количество тепла в тех же единицах, что работу и энергию. Для представления о величинах внутренней энергии приведем следующие цифры. Внутренняя энергия ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 20

• 
  Слайд 21
  

  При нагревании воды на 1° энергия 1 г воды возрастает на 1 кал = 0,427 кгсм= 4,18107эрг = 4,18 Дж = 2,611019эВ. При этом одна молекула воды увеличивает в среднем свою энергию на 310-23кал = 1,2810-23кгсм= 1,2510-15 эрг= 12,510-23Дж = 7,810-4эВ. Внутренняя энергия ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 21

• 
  Слайд 22
  

  При сгорании 1 г угля вещество отдает внутреннюю энергию в количестве 7000 кал = 2990 кгсм= 2,931011эрг = 2,93104 Дж=18,31022эВ. Врасчете на один атом углерода эти цифры примут вид 1,410-19кал = 5,9810-20кгсм= 5,8610-12эрг = 5,8610-19Дж = 3,66 эВ Внутренняя энергия ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 22

• 
  Слайд 23
  

  При ядерном делении 1 г урана-235 выделяется энергия 2,031010кал = 8,65109кгсм= 8,491017эрг = 8,491010Дж = 5,291029эВ. Одно атомное ядро отдает при этом внутреннюю энергию в количестве 7,910-12 кал=3,3810-12кгсм=3,310-4эрг= = 3,310-11Дж = 206106 эВ ≈ 200 МэВ, что более чем в 50 миллионов раз превышает энергию химических реакций (1 МэВ = 106 эВ). Внутренняя энергия ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 23

• 
  Слайд 24
  

  В самом общем случае, обмениваясь энергией со средой или ок­ружающими телами, рассматриваемая система может получать или отдавать количество тепла Q, может производить работу или над ней может быть произведена работа. Тепло и работа - это две формы, в которых энергия тела может передаваться среде или, на­оборот, энергия среды может передаваться телу. Закон сохранения энергии исключает возможность каких-либо потерь при энергетиче­ском обмене. Первое начало термодинамики ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 24

• 
  Слайд 25
  

  Разность энергий системы в двух состояниях должна равняться сумме теплоты и работы, полученных системой от окру­жающих тел. Это утверждение нельзя было бы подвергнуть опытной проверке, если бы мы не добавили, что прирост энергии при переходе системы от одного состояния к другому всегда один и тот же вне зависимости от характера или способа перехода от начального состояния к ко­нечному. Первое начало термодинамики ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 25

• 
  Слайд 26
  

  Принцип сохранения энергии заключен именно в последнем утверждении. Его-то мы, несомненно, можем подвергнуть .всесто­ронней экспериментальной проверке, измеряя сообщенные системе теплоту и работу в различных переходах от одного и того же начального к одному и тому же конечному состоянию. Прирост энергии во всех случаях должен быть одним и тем же. Первое начало термодинамики ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 26

• 
  Слайд 27
  

  Закон сохранения энергии, выраженный в приведенной кон­кретной форме, носит название первого начала термодинамики.Этот важнейший закон природы был установлен работами ряда ученых в середине прошлого столетия. Роль Роберта Майера, Джоуля и прежде всего Гельмгольца следует оценить особенно высоко. Первое начало термодинамики ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 27

• 
  Слайд 28
  

  Для записи первого начала термодинамики в виде формулы надо условиться о выборе знака для теплоты и работы. Мы примем, что теплота положительна тогда, когда она сообщается системе, а работу будем считать положительной тогда, когда тело совершает ее против действия внешних сил. Тогда первое начало термодинамики запи­шется в виде ΔQ = dU+ ΔA. Первое начало термодинамики ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 28

• 
  Слайд 29
  

  Иначе говоря, подведенное к телу тепло идет на изменение внутренней энергии и на произведенную телом работу. Разумеется, мыслимы любые пре­вращения, при которых каждая из входящих в равенство величин может быть положительной и отрицательной. Не случайно в записи первого начала знак дифференциала ис­пользован только для энергии. Работа и тепло не являются полными дифференциалами. Первое начало термодинамики ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 29

• 
  Слайд 30
  

  При переходе тела из одного состояния в дру­гое величины работы и тепла, полученные или отданные телом, будут зависеть от «пути» перехода, и лишь прирост энергии, как это имеет место для полного дифференциала какой-либо функции, не зависит от способа перехода: 2   1 Применение закона сохранения энергии и, в частности, первогоначала термодинамики охватывает все разделы физики. Ценностьего для науки заключается в исключительной предсказательнойсиле. Не имея каких бы то ни было сведений о характере процесса,зная лишь начальное и конечное состояния системы, можно делатьряд ценных выводов. Пусть, например, проводит химическая ре-акция присоединения молекулы А к В, образуется молекула АВ.Допустим, нам известны внутренние энергии молекул UAi UBиUAB. Если UABбольше, чем UA+UByто мы можем предсказать,что реакция протекает с поглощением тепла, и притом в количестве,равном Q= UAB— Или, зная UAи UBи измеряя при помощи калориметра теплоту реакции, мы можем найти UABи использовать эти данные для предсказания хода какой-либо дру­гой реакции, в которой участвует соединение А В. Первое начало термодинамики ТЕМПЕРАТУРА И ТЕПЛОТА 30