Термодинамика: работа газа и первый закон, 10 класс
Внутренняя энергия, работа газа, количество теплоты, первый и второй законы термодинамики. Ниже — кратко о главном, таблица и частые ошибки.
Все 13 заданий темы — в полном тренажёре
- Подсказка и пошаговое решение каждой задачи
- 6 уроков с теорией и чертежами
- Отчёт для родителя: что решено и где ошибки
Пробуйте. Условия — для родителей
Уровни сложности
В теме 13 заданий на 4 уровнях: разминка, основной, сложный, со звёздочкой.
Термодинамика: работа газа и первый закон — кратко
- Определение
Внутренняя энергия U тела — сумма кинетической энергии хаотического движения всех его частиц и потенциальной энергии их взаимодействия. Для идеального газа взаимодействием пренебрегают, и внутренняя энергия — это кинетическая энергия молекул. Для одноатомного идеального газа: U = 3/2 · νRT = 3/2 · pV.
- Работа газа
Работа газа при постоянном давлении A′ = p · ΔV = p(V2 − V1). При расширении (ΔV больше 0) газ совершает положительную работу, при сжатии — отрицательную. Работа внешних сил над газом A = −A′. При постоянном объёме работа газа равна нулю. Изобарно: A′ = νRΔT.
- Формулы
Количество теплоты, необходимое для нагревания тела: Q = c · m · Δt, где c — удельная теплоёмкость вещества (Дж/(кг · °C) = Дж/(кг · К)) — теплота, нужная для нагревания 1 кг на 1 градус. Теплоёмкость тела C = c · m. При сгорании топлива выделяется Q = q · m, где q — удельная теплота сгорания (Дж/кг).
- Первый закон термодинамики
Изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе: ΔU = A + Q. Иначе: количество теплоты, переданное системе, идёт на изменение её внутренней энергии и на совершение системой работы: Q = ΔU + A′.
- Адиабатный процесс
Адиабатный процесс — процесс в теплоизолированной системе, без теплообмена с окружающей средой (Q = 0). По первому закону A′ = −ΔU: при адиабатном расширении газ совершает работу за счёт внутренней энергии и охлаждается; при адиабатном сжатии работа внешних сил увеличивает внутреннюю энергию, и газ нагревается.
Термодинамика: работа газа и первый закон в таблице
| Процесс | Что постоянно | Первый закон | Для одноатомного газа |
|---|---|---|---|
| изохорный | V | A′ = 0, Q = ΔU | Q = 3/2 νRΔT |
| изобарный | p | Q = ΔU + A′ | Q = 5/2 νRΔT, A′ = νRΔT |
| изотермический | T | ΔU = 0, Q = A′ | теплота целиком идёт на работу |
| адиабатный | нет теплообмена | Q = 0, A′ = −ΔU | расширение — охлаждение |
Пример с ответом
Условие. Найдите внутреннюю энергию 3 моль гелия при температуре 27 °C.
Ответ. ≈ 11,2 кДж.
2 шага с пояснениями — в полном тренажёре, в уроке «Внутренняя энергия».
Открыть разбор →Частые ошибки
-
Ошибка 1Тело обладает внутренней энергией, а не теплотой. Количество теплоты — это энергия, переданная в процессе теплопередачи, она имеет смысл только для процесса.
-
Ошибка 2Внутренняя энергия идеального газа определяется только температурой и количеством вещества. В формуле U = 3/2 pV объём входит, но pV = νRT.
-
Ошибка 3Объём не меняется — поршень не сдвигается, работа газа равна нулю, даже если давление выросло.
Физика · 10 класс
Что внутри темы
- Урок 1Внутренняя энергия
- Урок 2Работа газа
- Урок 3Количество теплоты
- Урок 4Первый закон термодинамики
- Урок 5Первый закон для изопроцессов. Адиабатный процесс
- Урок 6Второй закон термодинамики
В полном тренажёре — 6 уроков с теорией и чертежами, задания 3 уровней, подсказки и разбор каждой задачи.
Чему научится ученик
- Вычислять U = 3/2 · ν · R · T
- Находить работу газа A′ = p · ΔV и по площади под графиком
- Вычислять количество теплоты, измерять удельную теплоёмкость
- Применять первый закон термодинамики
- Применять первый закон к изотермическому, изобарному, изохорному и адиабатному процессам
- Объяснять необратимость и второй закон термодинамики
Ключевые понятия:термодинамическая системавнутренняя энергиятеплопередачаработа газаколичество теплотыудельная теплоёмкостьудельная теплота сгоранияпервый закон термодинамикиадиабатный процессобратимый процесснеобратимый процессвторой закон термодинамики
Что требует школьная программа
Описывать термодинамическую систему и способы изменения её внутренней энергии; вычислять внутреннюю энергию одноатомного идеального газа; находить работу газа, в том числе по графику p(V); вычислять количество теплоты при нагревании, сгорании и теплопередаче; формулировать и применять первый закон термодинамики к изопроцессам; объяснять адиабатный процесс; формулировать второй закон термодинамики и объяснять необратимость процессов в природе.
Что повторить и что дальше
Газовые законы и изопроцессы, уравнение Менделеева — КлапейронаФизика, 10 класс
Физика, 10 классВопросы
Термодинамика: работа газа и первый закон · 10 классВ каком классе проходят тему «Термодинамика: работа газа и первый закон»?
В 10 классе, предмет «Физика».
Что повторить перед этой темой?
Газовые законы и изопроцессы, уравнение Менделеева — Клапейрона (10 класс).
Что можно решить бесплатно?
Несколько задач прямо на этой странице. Подсказки, пошаговые решения и задания всех уровней — в полном тренажёре, первые 14 дней бесплатно.
Все темы 10 класса и отчёт для родителя
Первые 14 дней полный тренажёр бесплатно.
