Контрольная работа 1 тепловые явления количество теплоты: Контрольная работа №1 на тему «Тепловые явления», ФГОС

Учебно-методический материал по физике (8 класс): Контрольная работа №1 «Тепловые явления»

Контрольная работа №1 «ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ»   1 вариант 1. В сосуды налили некоторое количество кипятка равной массы. В один из них опустили стальной шар, а в другой — медный  В каком из сосудов температура воды понизится больше? Почему? Начальные температуры и массы шаров одинаковы. 2. Алюминиевую и серебряную ложки одинаковой  Массы опустили в кипяток. Равное ли количество теплоты получат ложки при этом? Почему? 3. Какое количество теплоты отдаёт стакан кипятка массой 200 г, остывая от 1000 С до 200 С ? 4. Внутренняя энергия алюминиевого бруска при нагревании на 20 С увеличилась на 1760 кДж. Чему равна масса этого бруска?. 5. Какое топливо — дрова или торф — при полном сгорании выделит большее количество теплоты, если их массы одинаковы? Ответ поясните. 6. На сколько градусов нагреются 50 кг воды энергией. полученной от сжигания 2 кг сухих дров? Потери энергии не учитывать.

Контрольная работа №1 «ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ»  2 вариант 1. В двух непрозрачных сосудах вода находилась при одной и той же температуре- 500 С. Затем сосудам  сообщили равные коли- чества теплоты, и температура в них повыси- лась. В каком из сосудов воды  больше?  Почему? 2. В комнату внесли два сосуда: один наполнен  горячей водой, другой — маслом. Массы и температуры жидкостей одинаковы. Какой из  сосудов остынет быстрее? Почему? 3.На сколько градусов повысится температура 4 кг воды, если она получит количество теплоты, равное 168 кДж ? 4. Какое количество теплоты выделится при остывании чугунной детали массой 300 г, от 4500 С до 500 С ? 5. Какое топливо — бензин или спирт — при полном сгорании выделит большее количество теплоты, если их массы одинаковы? Ответ поясните. 6. Какую массу воды можно нагреть на 1000 С энергией, выделившейся при сгорании 200 г керосина, если не учитывать потери энергии?

Контрольная работа по теме «Тепловые явления»

Контрольная работа №1 по теме «Тепловые явления»

1. Температура — это физическая величина, характеризующая…

а) …способность тел совершать работу.

б) …разные состояния тела.

в) …степень нагретости тела.

2. Единица измерения температуры…

а) …джоуль. в) …ватт.

б)…паскаль. г)…градус Цельсия.

3. Приведите примеры тепловых явлений:_______________________________

4. Конвекция — это…

а) …явление циркуляции жидкости или газа.

б) …вид теплопередачи, отличающийся от теплопроводности.

в) …явление нагревания или охлаждения газов и жидкостей.

г) …вид теплопередачи, при которой энергия переносится струями жидкости или газа.

5. Количество теплоты измеряют в…

а) джоулях. б) ваттах. в) калориях. г) паскалях.

6. Чему равна удельная теплоёмкость железа?

А) 500 Дж/кг*◦С б) 460 Дж/кг*◦С в) 2400 Дж/кг*◦С г) 750 Дж/кг*◦С

7. Обозначение удельной теплоёмкости в Международной системе измерения

а) с б) q в) f г) t

8. Какое количество теплоты потребуется для нагревания 2 кг стали от 10 до 40ºС.

9. Чтобы поверхность тела, например, дирижабля, как можно меньше нагревалась солнцем, ее покрывают краской. Какую краску следует выбрать
для этого — черную, синюю, красную, серебристую?

а) Черную. б) Синюю. в) Красную. г) Серебристую.

10. Сколько энергии выделится при сгорании 30 кг каменного угля?

Вариант 2

1. Теплопроводность — это…

а) …явление изменения внутренней энергии тел.

б) …явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их контакте.

в) …распространение внутренней энергии по телу.

г) …нагревание одних тел и охлаждение других при их взаимодействии.

2. Какие твердые тела обладают хорошей теплопроводностью?

а) Пластмассовые. в) Резиновые.

б) Деревянные. г) Металлические.

3. Каким способом осуществляется теплопередача от Солнца к Земле?

а) Теплопроводностью. в) Излучением.

б) Конвекцией. г) Всеми этими способами.

4. В вакууме энергия передается…

а) …теплопроводностью. б) …конвекцией. в) …излучением.

5. Приведите примеры тепловых явлений:__________________________

6. Чему равна удельная теплота сгорания торфа

а) 1* Дж/кг б) 1,4* Дж/кг в) 4,6* Дж/кг г) 4,4* Дж/кг

7. Какое количество теплоты потребуется для нагревания 3 кг железа (с=460) от 10 до 70ºС.

8. Сколько энергии выделится при сгорании 20 кг торфа (q=1,4 Дж/кг)

9. Обозначение количества вещества

а) Q б) q в) E г) F

10. Переведите количество теплоты, равное 7,5 кДж в джоули.

а) 750 Дж в) 7500 Дж

б) 0.75 Дж г) 75 Дж

Контрольная работа по физике «Тепловые явления»

Контрольная работа по теме: «Тепловые явления»

Вариант 1

1. Какой вид теплопередачи происходит без переноса вещества?

2. В каком агрегатном состоянии находится вещество, если оно имеет собственные форму и объём?

3. Четыре ложки изготовлены из разных материалов: алюминия, дерева, пластмассы и стекла. Наибольшей теплопроводностью обладает ложка, изготовленная из

4. Турист разжёг костёр на привале в безветренную погоду. Находясь на некотором расстоянии от костра, турист ощущает тепло. Каким способом в основном происходит процесс передачи теплоты от костра к туристу?

5. В сосуд аккуратно налили, не перемешивая, медный купорос и воду. Сначала сосуд поместили в холодильник, а затем переставили в тёплую комнату. Что произойдёт со скоростью диффузии?

6. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым эти величины определяются. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

 

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

ФОРМУЛЫ

А) удельная теплоёмкость вещества

 Б) количество теплоты, необходимое для нагревания твёрдого вещества

В) количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива

 

1)    

2)    

3)     qm

4)     cm(t₂ – t₁)

Ответ:

7. Какой(-ие) из опытов доказывает(-ют), что количество теплоты, необходимое для нагревания вещества, зависит от массы вещества?

А. Для нагревания на электрической плитке 100 г воды от комнатной температуры до температуры кипения потребовалось в 2 раза меньше времени, чем для нагревания 200 г воды от комнатной температуры до температуры кипения.

Б. В процессе нагревания в одинаковых условиях в течение 5 мин 100 г воды и 200 г воды, взятых при комнатной температуре, в первом случае вода нагрелась до большей температуры.

 

1) только А 2) только Б

3) и А, и Б 4) ни А, ни Б

8. Из какой кружки — металлической или керамической — легче пить горячий чай, не обжигая губы? Объясните почему.

9. Определите, какое количество теплоты потребуется для нагревания смеси из 400 грамм воды и 70 грамм спирта от 15 до 80 ^оС?

10. Сколько граммов воды можно нагреть на спиртовке на 30 °С, если сжечь в ней 21 грамм спирта? КПД спиртовки (с учётом потерь теплоты) равен 30 %. (Удельная теплота сгорания спирта 2,9·10

    7Дж/кг, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°С)).

Ответы и решения (Контрольная работа по теме: «Тепловые явления»)

Вариант 1

1. Конвекция и теплопроводность

2. В твердом

3. Алюминия

4. Излучение

5. Увеличится

6. 143

7. В опыте А источник тепла был один и тот же, а масса воды разная. Поскольку время, необходимо для нагрева воды большей массы понадобилось больше, опыт доказывает, что количество теплоты, необходимое для нагревания вещества, зависит от массы вещества.

В опыте Б нагревание проводилось в одинаковых условиях и в течение одинакового времени, при этом большая масса воды нагрелась до более низкой температуры. Следовательно, опыт доказывает, что количество теплоты, необходимое для нагревания вещества, зависит от массы вещества.

 Правильный ответ указан под номером 3.

8. Ответ: из керамической.

Объяснение: поскольку теплопроводность металла намного больше теплопроводности керамики, кружка из керамики будет нагреваться гораздо медленнее и медленнее будет отдавать тепло губам. Из неё легче пить горячий чай.

9. Q =cm(t₂ – t₁)

Q = Q₁ +Q₂

Q₁ = 0,4 кг 4200 = 109200 Дж = 109,2 кДж

Q₂ = 0,07 кг 2400 = 10920 Дж = 10,92 кДж

Q = 109200 Дж + 10920 Дж = 120120 Дж = 120,12 кДж

10. При нагревании тела на температуру тело получает количество теплоты Q = cm(t₂ – t₁). При сгорании тела выделяется энергия Q_сгор = qm_сгор. Учитывая, что КПД спиртовки равен 30%, получаем:

Q = 0,3Q_сгор cm(t₂ – t₁) =0,3qm_сгор m = .

m = =

Контрольная работа по теме: «Тепловые явления»

Вариант 2

1. Какой вид теплопередачи происходит с переносом вещества?

2. В каком агрегатном состоянии находится вещество, если оно не имеет собственных формы и объема?

3. Четыре ложки изготовлены из разных материалов: алюминия, серебра, дерева и олова. Наименьшей теплопроводностью обладает ложка, изготовленная из

4. Мальчик поднес снизу руку к «подошве» нагретого утюга, не касаясь ее, и ощутил идущий от утюга жар. Каким способом, в основном, происходит процесс передачи теплоты от утюга к руке?

5. Температуру жидкостей, в которых происходит диффузия, понизили. Как изменилась при этом скорость диффузии?

6. Установите соответствие между формулами для расчёта физических величин и названиями этих величин. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФОРМУЛЫ

 

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

А) 

Б) 

В) cm(t₂ – t₁)

 

1) удельная теплота парообразования

2) количество теплоты, необходимое для нагревания твёрдого вещества

3) удельная теплота плавления

4) удельная теплоёмкость вещества

5) удельная теплота сгорания

Ответ:

7. Стакан наполовину заполнен кипятком. В каком случае вода остынет в большей степени:

1) если подождать 5 минут, а потом долить в стакан холодную воду;

2) если сразу долить холодную воду, а затем подождать 5 минут?

8. На стол поставили две одинаковые кастрюли, заполненные водой, доведённой на плите до кипения, — одну открытую, а другую закрытую крышкой. Какая из них остынет быстрее? Ответ поясните.

9. В железный душевой бак, масса которого 60 кг, налили холодной воды массой 100 кг. Под действие солнечного излучения температура воды повысилась от 4 до 30^оС. Какое количество теплоты получили бак и вода?

10. Сколько граммов спирта нужно сжечь в спиртовке, чтобы нагреть на ней воду массой 580 г на 80 °С? КПД спиртовки (с учётом потерь теплоты) равен 20%. (Удельная теплота сгорания спирта 2,9·10⁷Дж/кг, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°С)).

Ответы и решения (Контрольная работа по теме: «Тепловые явления»)

Вариант 2

1. Конвекция

2. Газ

3. Дерево

4. Излучение

5. Понизилась

6. 542

7. Ответ: в первом случае вода остынет в большей степени.

Объяснение: скорость охлаждения уменьшается с уменьшением разности температур нагретого тела и окружающего воздуха. Поэтому если сразу влить в горячую воду холодную, дальнейшее остывание будет проходить медленнее.

8. 1. Открытая.

2. В открытой кастрюле вода испаряется, и её пары покидают кастрюлю, унося с собой теплоту испарения. Вследствие испарения вода охлаждается. В кастрюле, закрытой крышкой, вода охлаждается при испарении, а пар конденсируется: в оставшуюся воду, на крышке и стенках кастрюли. Энергия, выделяющаяся при конденсации пара, препятствует охлаждению воды, поэтому в закрытой кастрюле вода остывает медленнее, чем в открытой.

9. Q =cm(t₂ – t₁)

Q = Q₁ +Q₂

10. При нагревании тела на температуру   тело получает количество теплоты Q = cm(t₂ – t₁). При сгорании тела выделяется энергия Q_сгор = qm_сгор. Учитывая, что КПД спиртовки равен 20%, получаем:  

Q = 0,2 Q_сгорcm(t₂ – t₁) = 0,2qm_сгорm_сгор =

m_сгор =

Ответ: 33,6 г.

Используя данные таблицы, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

* Плотность расплавленного металла считать практически равной его плотности в твердом состоянии.

 

1) Кольцо из серебра можно расплавить в алюминиевой посуде.

2) Для нагревания на 50°С оловянной и серебряной ложек, имеющих одинаковый объем, потребуется одинаковое количество теплоты.

3) Для плавления 1 кг цинка, взятого при температуре плавления, потребуется примерно такое же количество теплоты, что и для плавления 5 кг свинца при температуре его плавления.

4) Стальной шарик не будет плавать в расплавленном свинце при частичном погружении.

5) Алюминиевая проволока утонет в расплавленной меди.

Решение.

Проанализируем каждое утверждение.

1) Утверждение неверно, поскольку температура плавления алюминия ниже температуры плавления серебра.

2) Утверждение неверно, поскольку теплоёмкости серебра и олова различны.

3) Удельная теплота плавления цинка примерно в пять раз больше чем удельная теплота плавления свинца, следовательно, утверждение верно.

4) Поскольку плотность расплавленного металла можно считать практически равной его плотности в твердом состоянии, а плотность стали меньше плотности свинца, утверждение верно.

5) Поскольку плотность расплавленного металла можно считать практически равной его плотности в твердом состоянии, а плотность алюминия меньше плотности меди, утверждение неверно.

 

Ответ: 3

В справочнике физических свойств различных материалов представлена следующая таблица:

* Плотность расплавленного металла считать практически равной его плотности в твёрдом состоянии.

 

Используя данные таблицы, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

 

1) Кольцо из серебра нельзя расплавить в свинцовой посуде.

2) Алюминиевая проволока утонет в расплавленном олове.

3) Для нагревания 1 кг меди на 10 °С потребуется такое же количество теплоты, что и для нагревания 1 кг цинка на 10 С.

4) Свинцовый шарик будет плавать в расплавленной меди при частичном погружении.

5) Для плавления серебряного и оловянного шаров одинаковой массы при температуре их плавления потребуется одинаковое количество теплоты.

Проанализируем утверждения.

1) Кольцо из серебра нельзя расплавить в свинцовой посуде, поскольку температура плавления свинца ниже температуры плавления серебра.

2) Поскольку плотность алюминия меньше плотности олова, алюминиевая проволока не утонет в расплавленном олове.

3) Удельные теплоемкости цинка и меди одинаковы, следовательно, утверждение верно.

4) Плотность свинца больше плотности меди, шарик не будет плавать.

5) Удельные теплоты плавления серебра и олова различны, следовательно, утверждение неверно.

 

Ответ: 13.

Контрольная работа «Тепловые явления»

Контрольная работа №1.

«Тепловые явления»

Вариант 1

Задача 1.

Какое количество теплоты требуется для нагревания стальной детали массой 200 г от 35 до 1235^оС?

Задача 2.

Какое количество теплоты выделится при сжигании 3,5 кг торфа?

Задача 3.

Для нагревания 400 г свинца от 25 до 45^о С требуется количество теплоты 1120 Дж. Определите удельную теплоёмкость свинца.

Задача 4.

Какое количество теплоты потребуется для того, чтобы в алюминиевом чайнике массой 700 г вскипятить 2 кг воды? Начальная температура воды 20⁰С.

Задача 5.

На сколько градусов нагреется 50 кг воды при сжигании 350 г каменного угля, если считать, что вся энергия, выделенная при сгорании угля, пойдет на нагревание воды?

Контрольная работа №1.

«Тепловые явления»

Вариант 2

Задача 1.

Какое количество теплоты требуется для нагревания кирпича массой 4 кг от 15 до 30^о С?

Задача 2.

Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 4т каменного угля?

Задача 3.

Воду какой массы можно нагреть от 0 до 60^о С, сообщив ей количество теплоты 500 кДж?

Задача 4.

Определите, какое количество теплоты потребуется для нагревания смеси из 300 г воды и 50 г спирта от 20 до 70^оС.

Задача 5.

Сколько граммов спирта потребуется, чтобы нагреть до кипения 3 кг воды, взятой при температуре 20^о С? Потерями тепла пренебречь.

Контрольная работа №1.

«Тепловые явления»

Вариант 3

Задача 1.

Какое количество теплоты выделилось при охлаждении куска меди массой 0,6 кг от 272 до 22^о С?

Задача 2.

Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 200 г спирта?

Задача 3.

Определите массу серебряной ложки, если для изменения ее температуры от 20 до 40^оС требуется сообщить ей количество теплоты равное 250 Дж.

Задача 4.

Алюминиевая кастрюля массой 250 г вмещает 2 кг молока. Какое количество теплоты требуется для нагревания в этой кастрюле молока от 15 до 100^о С?

Задача 5.

Рассчитайте массу керосина, который потребуется сжечь для того, чтобы нагреть 10 кг воды от 10 до 80^оС, если считать, что вся энергия, выделенная при сгорании керосина, пойдёт на нагрев воды.

Контрольная работа №1.

«Тепловые явления»

Вариант 4

Задача 1.

Какое количество теплоты необходимо для нагревания от 10 до 40^оС латунной гири массой 100 г?

Задача 2.

Определите количество теплоты, выделяющееся при сжигании 50 кг дров.

Задача 3.

Сколько граммов стали можно нагреть на 20^о С, сообщив ей количество теплоты 1500 Дж.?

Задача 4.

В медной кастрюле массой 1,6 кг находится 2,3 кг воды. Сколько теплоты потребуется для нагревания от 10^оС до 100^оС кастрюли с водой?

Задача 5.

Воду какой массы можно нагреть от 30^о С до кипения, израсходовав 2кг дров? Потерями тепла пренебречь.

Тематическая контрольная работа по теме» Тепловые Явления»

Тепловые явления.

Кодификатор

элементов содержания и требований к уровню подготовки обучающихся для проведения

контрольной работы по теме «Тепловые явления» в 8 классе

Предмет: «физика»8 класс

Учебник для общеобразовательных учреждений под редакцией А.В.Грачев, В.А. Погожев

Вид контроля: текущий (тематический)

Тема: «Тепловые явления. Изменение агрегатных состояний вещества»

1. Перечень элементов предметного содержания, проверяемых на контрольной работе

Код

Номер

Описание элементов предметного содержания

задания

1.2.5

А1

Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение

1.2.4

А2

Внутренняя энергия. Работа и теплопередача как способы изменения внутренней энергии

1.2.2

А8

Тепловое движение атомов и молекул. Связь температуры вещества со скоростью хаотического движения частиц. Броуновское движение. Диффузия

1.2.6

А3, С8,

Количество теплоты. Удельная теплоемкость

С9

1.2.8

А4, С11

Испарение и конденсация. Кипение жидкости

1.2.9

А6

Влажность воздуха

1.2.10

А4, С10

Плавление и кристаллизация

1.2.11

А7

Преобразование энергии в тепловых машинах

1.5.4

А5

Графическое описание физических явлений

1. 5.3

В9

Физические величины. Определение физических величин.

2. Перечень элементов метапредметного содержания, проверяемых на контрольной работе

Описание элементов метапредметного содержания

задания

2.2.1

А1,А3

Умение определять понятия (познавательное УУД)

2.2.2

А1, В9

Умение классифицировать (познавательное УУД)

А2, А4,

2.2.3

А45 А6,

Умение устанавливать причинно-следственные связи (познавательное УУД)

С10, С11

А5, А6,

2.2.4

А7, С10, А8

Умение строить логические рассуждения, умозаключения и делать выводы

С11

2.2.6

Работа

Умение оценивать правильность выполнения учебной задачи (регулятивное

УУД)

3. Перечень требований к уровню подготовки обучающихся освоивших тему «Тепловые явления. Изменение агрегатных состояний вещества»

Описание требований к уровню подготовки обучающихся

задания

А2, А4 А3,

Знание и понимание смысла физических величин: коэффициент полезного

действия, внутренняя энергия, температура, количество теплоты, удельная

3.1.2

А6, 10,

теплоемкость, удельная теплота плавления, удельная теплота сгорания топлива,

С11, В9

влажность воздуха

3.1.3

С10, С11

Знание и понимание смысла закона сохранения энергии в тепловых процессах

3.1.4

А1, А4, А8

Умение описывать и объяснять физические явления: теплопроводность,

А5, А6,

конвекция, излучение, испарение, конденсация, кипение, плавление,

С10, С11

кристаллизация

3.2.6

А3, С10,

Умение выражать результаты измерений и расчетов в единицах

С11

Международной системы

А2,

3.3.3

А7, С10,

Решение физических задач

С11

А1, А4,

3.4.1

А5, А6,

Понимание смысла использованных в заданиях физических терминов

С10, С11

3.5.1

А6, А7,

Умение приводить (распознавать) примеры практического использования

С10, С11

физических знаний о тепловых явлениях

Спецификация КИМ

для проведения для проведения контрольной работы по теме

Назначение контрольной работы: оценить уровень освоения учащимися 8 класса содержания

темы «Тепловые явления. Изменение агрегатных состояний вещества»

Содержание контрольных измерительных заданий определяется содержанием рабочей программы по теме«Тепловые явления. Изменение агрегатных состояний вещества» учебного предмета «физика», а также содержанием темы «Тепловые явления. Изменение агрегатных состояний вещества» учебника для общеобразовательных учреждений под редакцией А.В.Грачев, В.А. Погожев

Контрольная работа состоит из 11 заданий: 9- задания базового уровня, 2 — повышенного.

Распределение заданий по уровням сложности, проверяемым элементам предметного, метапредметного содержания, уровню подготовки, типам заданий и времени выполнения

На выполнение 11 заданий отводится 40 минут. Контрольная работа составлена в 2-х вариантах.

Каждому учащемуся предоставляется распечатка заданий.

Задания в контрольной работе оцениваются в зависимости от сложности задания разным количеством баллов, указанных в таблице.

Количество баллов

А1 — А8

1 балл – правильный ответ

0 баллов – неправильный ответ

Максимальное количество баллов -2

В9

Правильно распределено 3 понятия — 2 балла

Правильно распределено 2 понятия — 1 балл

Правильно распределено 1понятие — 0 баллов

Максимальное количество баллов за каждое задание – 3

Если:

полностью записано условие,

содержатся пояснения решения,

записаны формулы,

записан перевод единиц измерения в СИ,

вычисления выполнены верно,

записан подробный ответ – 3 балла

Если:

записано условие,

отсутствуют пояснения решения,

С10-С11

записаны формулы,

не записан перевод единиц измерения в СИ,

вычисления выполнены верно,

записан ответ – 2 балла

Если:

записано условие,

отсутствуют пояснения решения,

записаны формулы,

не записан перевод единиц измерения в СИ,

содержится вычислительная ошибка, не искажающая грубо

результат,

записан ответ – 1 балл

Если ход решения не верный, но присутствует правильный ответ – 0 баллов

Оценка

Оценка правильности выполнения задания (регулятивное УУД): после

правильности

проверки работы учителем попросить проверить — учащихся свои работы,

выполнения задания

сверяя их с эталоном ответов (умение оценивать правильность выполнения

учебной задачи). Соотнести с отметкой учителя, прокомментировать

результат выполнения задания.

Данное задание оценивается, но в баллы и отметку не переводится.

Итого

16 баллов

Перевод баллов к 5-балльной отметке

Баллы

Отметка

16-15

5

4

10 — 7

3

меньше 7

2

Показатели уровня освоения каждым обучающимся содержания темы «Тепловые явления. Изменение агрегатных состояний вещества» 8 класса

задания

Предметный

Предметный

Предметный

к уровню

контрольной

результат не

результат

результат

подготовки

работы

сформирован

сформирован на

сформирован на

базовом уровне

повышенном

уровне

Выполнено

3.1.2

А2, А3, А4, А6, С10,

Выполнено два

больше двух

Выполнено пять

С11, В9

задания части А

заданий части А и

заданий

часть В

3.1.3

С10, С11

Задания не

Выполнены

Выполнено одно

выполнены

задания частично

задание

А1, А4, А5, А6,А8,

Выполнено два

Выполнено

Выполнено одно

3.1.4

больше двух

задание части С

С10, С11

задания части А

заданий части А

или оба частично

3.2.6

Задания не

Выполнено

Выполнено одно

А3, С10, С11

задание части С

выполнены

задание части А

или оба частично

3.3

А2, А3, А7, С10,

Выполнено два

Выполнено

Выполнено

задание части А и

С11

задания части А

задание части А

одно части С

3.4.1

А1, А4, А5, А6,

Выполнено два

Выполнено

Выполнено

задание части А и

С10, С11

задания части А

задание части А

одно части С

Выполнено одно

Выполнено

Выполнено

3.5.1

А6, А7, С10, С11

задание части А и

задание части А

задание части А

одно части С

Показатели сформированности у обучающихся метапредметных умений

Код метапредметного

№ задания

Продемонстрировал

Не

результата

контрольной работы

сформированность

продемонстрировал

сформированность

2.2.1

А1. А3

Выполнено одно

Не выполнено задание

задание

2.2.2

А1, В9

Выполнено одно

Не выполнено задание

задание

2.2.3

А2, А4, А5, А6, С10, С11

Выполнены 4 задания

Выполнено меньше 4

заданий части А

2.2.4

А5, А6, А7, С10, С11

Выполнены 3 заданий

Выполнено меньше 3

заданий части А

2.2.6

Оценка правильности

Результаты обучения

Результаты в

выполнения задания

учащимися

большинстве случаев

комментируются и

учащимися не

аргументируются

комментируются

Контрольная работа

Тепловые явления.

ВАРИАНТ № 1

Уровень А

А1. Теплообмен путем конвекции может осуществляться

1) в газах, жидкостях и твердых телах, 2) в газах и жидкостях 3) только в газах 4) только в жидкостях

А2. Перед горячей штамповкой латунную болванку массой 3 кг нагрели от 15 до 75 °С. Какое

количество теплоты получила болванка? Удельная теплоемкость латуни 380 Дж/кг^.0С.

1) 47 кДж 2) 68,4 кДж ) 760 кДж 4) 5700 кДж

А3. Внутреннюю энергию нельзя изменить

1) путем конвекции 2) путем излучения 3) совершая механическую работу 4) равномерно перемещая тело

А4. Если при атмосферном давлении 100 кПа конденсируется 200 г паров некоторого вещества при 100°С, то в окружающую среду передается количество теплоты, равное 460 кДж.

Удельная теплота парообразования этого вещества приблизительно равна

Дж/кг

3) 2,3 • 10⁶

Дж/кг

2) 2,1 • 10⁷

Дж/кг

4) 2,3 • 10⁴

Дж/кг

А5. На рисунке представлен график зависимости температуры нафталина от времени при нагревании и охлаждении. В начальный момент нафталин находился в твёрдом состоянии. Какой участок графика соответствует процессу отвердевания нафталина?

1) 2-3 2) 3-4 3) 4-5 4) 5-6

А6. С помощью психометрической таблицы определите разницу в показаниях сухого и влажного термометра, если температура в помещении 20°С, а относительная влажность 44%

1)7°С 2) 20°С 3) 27°С 4) 13°С

А7.Тепловая машина за цикл получает от нагревателя 50 Дж и совершает полезную работу, равную 100 Дж. Чему равен КПД тепловой машины?

200%

3)

50%

2)

67%

4)

Такая машина невозможна

А8. Какие из утверждений верны?

А. Диффузию нельзя наблюдать в твёрдых телах.

Б. Скорость диффузии не зависит от температуры вещества.

 

1) только А 2) только Б 3) оба утверждения верны 4) оба утверждения неверны

Уровень В

В9.Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым эти величины определяются. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФОРМУЛА

А) Количество теплоты, необходимое

1)

∙ Lm

для кипения жидкости

2) qΔt

Б) Удельная теплота сгорания топлива

3)

Q

mΔt

В) количество теплоты выделяемое пи охлаждении

вещества 4) CmΔt

5) Q/m

Уровень C

С10. Какое количество теплоты необходимо для плавления 3 кг льда, имеющего начальную температуру -20 °С, и нагрева образовавшейся воды до температуры кипения? Удельная теплоёмкость воды равна 4200 Дж/(кг °С), удельная теплота плавления льда 330 кДж/кг.

С11. В сосуд с водой, имеющей температуру 0 °С, впуcтили 1 кг стоградусного водяного пара. Через некоторое время в сосуде установилась температура 20 °С. Определите массу воды, первоначально находящейся в сосуде.

Контрольная работа «Тепловые явления»

Контрольная работа № 1 «Тепловые явления»

ВАРИАНТ 1

1.Какое количество теплоты потребуется для нагревания стального бруска массой 0,5 кг от 10 до 40 ⁰С?

2. Какое количество теплоты потребуется для увеличения температуры латуни массой 0,2 т на 1 ⁰С?

3. Для нагревания вещества массой 10 кг на 10 ⁰С потребовалось 420 кДж энергии. Какое вещество нагрели?

4. Определите массу природного газа, который нужно сжечь для того, чтобы нагреть 22 л воды от 20⁰С до кипения (100⁰С).

5. Какое количество теплоты потребуется для того, чтобы в латунной бочке массой 12 кг нагреть воду объемом 9,5 л от 20 до 100 ⁰С?

Контрольная работа № 1 «Тепловые явления»

ВАРИАНТ 2

1.Какое количество теплоты получила вода массой 200 г при нагревании от 10 до 30 ⁰С?

2. Кирпичная печь массой 1 т остывает от 20 до 10 ⁰С. Какое количество теплоты при этом выделяется?

3. Для нагревания 100 г металла от 20 до 40 ⁰С потребовалось 260 Дж энергии. Что это за металл?

4. Начальная температура двух литров воды 20⁰С. До какой температуры можно было бы нагреть эту воду при сжигании 10 г спирта? (Считать, что теплота сгорания спирта целиком пошла на нагревание воды).

5. Алюминиевая фляга массой 12 кг вмещает 36 л молока. Какое количество теплоты потребуется для нагревания молока во фляге от 0 до 60 ⁰С?

Контрольная работа № 1 «Тепловые явления»

ВАРИАНТ 3

1.Какое количество теплоты необходимо для нагревания железного утюга массой 2 кг от 20 до 320 ⁰С?

2. Чугунная болванка массой 32 кг остывает от 1115 до 15 ⁰С. Какое количество теплоты при этом выделится?

3. При охлаждении жидкости массой 210 кг от 25 до 15 ⁰С выделилось 4,41 МДж теплоты. Что это за жидкость?

4. Чему равна масса воды, которую можно нагреть от 25 до 85 ⁰С, передавая ей всю энергию, выделившуюся при полном сгорании 5 кг древесного угля?

5. В железный душевой бак, масса которого 65 кг, налили холодной воды из колодца, объемом 200 л. Какое количество теплоты получили бак и вода при нагревании от 4 до 29 ⁰С?

Контрольная работа № 1 «Тепловые явления»

ВАРИАНТ 4

1.Какое количество теплоты потребуется для нагревания на 10 ⁰С олова массой 500г?

2. Какое количество теплоты выделит вода массой 100 г при остывании от 45 до 25 ⁰С?

3. Нагретый камень массой 5 кг, охлаждаясь в воде на 1 ⁰С, передает ей количество теплоты 2,1 кДж. Чему равна удельная теплоемкость камня?

4. Сколько нужно сжечь керосина, чтобы довести от 15 ⁰С до кипения 3 л воды?

5. Какое количество теплоты получили алюминиевая кастрюля массой 200 г и находящаяся в ней вода объемом 1,5 л при нагревании от 20 ⁰С до кипения?

Контрольная работа №1 по теме «Тепловые явления»

Контрольная работа №1 Вариант I 1. Металлическую ложку окунули в горячий чай. Ложка нагрелась, а чай остыл потому, что… А) совершалась механическая работа;Б) происходил теплообмен между горячим  чаем и ложкой;В) происходил процесс диффузии;Г) чай испарялся, а ложка – нет; Д) правильного ответа среди ответов А­Г нет. 2. Физические   величины   масса,   температура,   количество   теплоты обозначаются соответственно буквами… А) Q, t, m; Г) t, Q, m; Б) m, t, q; Д) Q, t, m. В) m, t, Q; 3. Почему грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый? 4. Какое   количество   теплоты   отдаст   стальная   деталь   массой   50   кг,   при охлаждении от 420оС до 20оС? Удельная теплоемкость стали 500 Дж/ кг∙оС  5. Какую   массу   воды   можно   нагреть   от   20оС   до   кипения,   если   затратить 672 МДж теплоты? Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/ кг∙оС             6.    Какое   количество   теплоты   необходимо   затратить   для     нагревания   и плавления   цинка   массой   0,25   т,   если   начальная   температура   цинка   равна   20оС? Удельная   теплоёмкость   цинк400  Дж/   кг∙оС   ,   удельная   теплота   плавления   цинка 120∙103 Дж/кг, температура плавления цинка 420 оС Вариант II 1.Как изменяется внутренняя энергия тела при его нагревании, охлаждении? В) увеличивается,  А) уменьшается,  уменьшается; уменьшается; Г) увеличивается,  увеличивается; Б) уменьшается,  увеличивается; Д) остается постоянной при любом изменении  температуры тела. 2.Внутренняя   энергия,   количество   теплоты,   масса,   удельная   теплоемкость измеряются, соответственно, в: А) Дж, Вт, кг, Дж/ кг∙оС ; В) Дж, Дж, кг, Дж/ кг∙оС  Б) Дж, Дж/кг, кг, Дж/  кг∙оС ;           3. В каком платье летом менее жарко: белом или темном? Почему? 4. Какое количество теплоты необходимо для нагревания латунной пластины массой 200 г от 40оС до 240оС? Удельная теплоемкость латуни 400 Дж/(кг∙оС). 5. На сколько градусов нагреется стекло массой 500 г, если ему сообщено  количество теплоты, равное 8,4 кДж? Удельная теплоёмкость стекла  840Дж/кг∙оС 6.  Какое количество теплоты выделится при отвердевании и охлаждении от  температуры плавления 962 оС  до 22 оС  серебра массой 50 г? Удельная теплота плавления серебра 87∙103 Дж/кг, удельная теплоёмкость серебра 250 Дж/ кг∙оС .

Тепло, работа и энергия

Тепло (энергия)

Единица измерения тепла (или энергии) в системе СИ составляет джоуль (Дж) .

С разницей температур

Другими единицами измерения тепла являются британская тепловая единица — Btu (количество тепла, необходимое для подъема 1 фунта воды на 1 ^o F ) и Калорийность (количество тепла, чтобы поднять 1 грамм воды на 1 ^o C ( или 1 K )).

калорий определяется как количество тепла, необходимое для изменения температуры одного грамма жидкой воды на один градус Цельсия (или один градус Кельвина).

1 кал = 4,184 Дж

1 Дж = 1 Вт · с

= (1 Вт · с) (1/3600 ч / с)

= 2,78 10 ^-4 кВт · ч

Тепловой поток (мощность)

Теплопередача только в результате разницы температур называется тепловым потоком . Единицы СИ для теплового потока: Дж / с или ватт (Вт) — то же, что и мощность. Один ватт определяется как 1 Дж / с .

Удельная энтальпия

Удельная энтальпия — это мера полной энергии в единице массы. Обычно используются единицы СИ: Дж / кг или кДж / кг .

Термин относится к полной энергии, обусловленной давлением и температурой текучей среды (например, воды или пара) в любой данный момент времени и при любых условиях.В частности, энтальпия — это сумма внутренней энергии и работы, совершаемой под действием приложенного давления.

Тепловая мощность

Тепловая мощность системы составляет

• количество тепла, необходимое для изменения температуры всей системы на один градус .

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость (= удельная теплоемкость) — это количество тепла, необходимое для изменения температуры на одну единица массы вещества на на один градус .

Удельная теплоемкость может быть измерена в Дж / г K, Дж / кг K , кДж / кг K, кал / гK или БТЕ / фунт ^o F и более .

Никогда не используйте табличные значения теплоемкости, не проверив единицы фактических значений!

Удельную теплоемкость для обычных продуктов и материалов можно найти в разделе «Свойства материала».

Удельная теплоемкость — постоянное давление

Энтальпия — или внутренняя энергия — вещества зависит от его температуры и давления.

Изменение внутренней энергии относительно изменения температуры при фиксированном давлении — это удельная теплоемкость при постоянном давлении — c _p .

Удельная теплоемкость — постоянный объем

Изменение внутренней энергии относительно изменения температуры при фиксированном объеме представляет собой удельную теплоемкость при постоянном объеме — c _v .

Если давление не является чрезвычайно высоким, работой, выполняемой приложением давления к твердым телам и жидкостям, можно пренебречь, а энтальпия может быть представлена ​​только компонентом внутренней энергии.Можно сказать, что теплота с постоянным объемом и постоянным давлением равна.

Для твердых и жидких веществ

c _p = c _v (1)

Удельная теплоемкость представляет собой количество энергии, необходимое для подъема 1 кг вещества к 1 ^o C (или 1 K) , и ее можно рассматривать как способность поглощать тепло. Единицы измерения удельной теплоемкости в системе СИ: Дж / кг · К (кДж / кг ^o C) .Вода имеет большую удельную теплоемкость 4,19 кДж / кг ^o C по сравнению со многими другими жидкостями и материалами.

• Вода — хороший теплоноситель!

Количество тепла, необходимое для повышения температуры

Количество тепла, необходимое для нагрева объекта с одного температурного уровня на другой, можно выразить как:

Q = c _p m dT ( 2)

, где

Q = количество тепла (кДж)

c _p = удельная теплоемкость (кДж / кг · К)

м = масса (кг )

dT = разница температур между горячей и холодной стороной (K)

Пример воды для отопления

Учитывайте энергию, необходимую для нагрева 1.0 кг воды от 0 ^o C до 100 ^o C при удельной теплоемкости воды 4,19 кДж / кг ^o C :

Q = (4,19 кДж / кг ^o C ) (1,0 кг) ((100 ^o C) — (0 ^o C))

= 419 (кДж)

Работа

Работа и энергия с технической точки зрения — одно и то же, но работа — это результат, когда направленная сила (вектор) перемещает объект в одном направлении.

Объем выполненной механической работы можно определить с помощью уравнения, полученного из ньютоновской механики

Работа = Приложенная сила x Расстояние, перемещенное в направлении силы

или

W = F l (3)

, где

W = работа (Нм, Дж)

F = приложенная сила (Н)

l = длина или пройденное расстояние (м)

Рабочий стол также может быть описано как произведение приложенного давления и вытесненного объема:

Работа = Приложенное давление x Вытесненный объем

или

W = p A l (3b)

, где

p = приложенное давление (Н / м ² , Па)

A = под давлением площадь (м ² )

l = длина или расстояние, на которое зона давления перемещается под действием приложенной силы (м)

Пример — Работа, выполняемая силой

Работа, выполняемая силой 100 Н перемещение тела 50 м можно рассчитать как

W = (100 Н) (50 м)

= 5000 (Нм, Дж)

Единица измерения — джоуль, J, который определяется как количество работы, выполненной, когда сила 1 ньютон действует на расстоянии 1 м в направлении силы.

1 Дж = 1 Нм

Пример — Работа под действием силы тяжести

Работа, выполненная при подъеме массы 100 кг на высоте 10 м может быть рассчитана как

W = F _г ч

= mgh

= (100 кг) (9,81 м / с ² ) (10 м)

= 9810 (Нм, Дж)

, где

F _г = сила тяжести — или вес (Н)

г = ускорение свободного падения 9.81 (м / с ² )

h = высота (м)

В британских единицах измерения единичная работа выполняется при весе 1 фунт _f (фунт-сила) является поднимается вертикально против силы тяжести на расстояние 1 фут . Единица называется фунт-фут .

Поднят объект массой 10 снарядов 10 футов . Проделанную работу можно рассчитать как

W = F _г h

= m g h

= (10 пробок) (32.17405 фут / с ² ) (10 футов)

= 3217 фунтов _f футов

Пример — Работа из-за изменения скорости

Работа, выполненная при массе 100 кг ускоряется от от скорости 10 м / с до скорости 20 м / с можно рассчитать как

W = (v ₂ ² — v ₁ ² ) м / 2

= ((20 м / с) ² — (10 м / с) ² ) (100 кг) / 2

= 15000 (Нм, Дж)

где

v ₂ = конечная скорость (м / с)

v ₁ = начальная скорость (м / с)

Energy

Energy — это способность делать работа (перевод с греческого — «работа внутри»).Единицей измерения работы и энергии в системе СИ является джоуль, определяемый как 1 Нм .

Движущиеся объекты могут выполнять работу, потому что обладают кинетической энергией. («кинетический» означает «движение» по-гречески).

Количество кинетической энергии, которой обладает объект, можно рассчитать как

E _k = 1/2 мВ ² (4)

, где

m = масса объекта (кг)

v = скорость (м / с)

Энергия положения уровня (запасенная энергия) называется потенциальной энергией.Это энергия, связанная с силами притяжения и отталкивания между объектами (гравитация).

Полная энергия системы складывается из внутренней, потенциальной и кинетической энергии. Температура вещества напрямую связана с его внутренней энергией. Внутренняя энергия связана с движением, взаимодействием и связыванием молекул внутри вещества. Внешняя энергия вещества связана с его скоростью и местоположением и является суммой его потенциальной и кинетической энергии.

.

Длина свободного пробега молекул. Эффективный диаметр. Явления переноса. Теплопроводность. Распространение. Внутреннее трение (вязкость)

§8 Длина свободного пробега молекул.

Эффективный диаметр

Молекулы газа в состоянии хаотического движения непрерывно натыкаются друг на друга.Между двумя последовательными столкновениями молекулы движутся равномерно по прямым линиям, проходя путь, который называется средней длиной свободного пробега. В общем, длина пути между последовательными столкновениями разная, но поскольку мы имеем дело с большим количеством молекул и они находятся в беспорядочном движении, мы можем говорить о длине свободного пробега :

Минимальное расстояние, на котором сходятся центры столкновения двух молекул, называется эффективным диаметром молекулы.

Это зависит от скорости сталкивающихся молекул, то есть от температуры (эффективный диаметр уменьшается с увеличением. За секунду ( t = 1 с) молекула проходит на средней части, равной по величине средней скорости.

Если в течение одной секунды она подвергается среднему z-столкновению,
, то

с

Для определения ν полагаем, что молекула имеет форму шара и движется среди других неподвижных молекул.Этой молекуле противостоят только те молекулы, центры которых находятся на расстоянии d, т. Е. Лежат внутри «разорванного» цилиндра радиуса d.

Среднее количество столкновений в секунду равно количеству молекул в объеме «разбитого» цилиндра.

где n — концентрация молекул, а

— средняя скорость молекул или путь, пройденный ими за 1 секунду

— среднее количество столкновений

С учетом движения других молекул:

т.е.

§9 Явления переноса

Явления переноса объединяют группу процессов, связанных с неоднородностями плотности, температуры и скорости упорядоченного движения отдельных слоев материала.Выравнивание приводит к неоднородностям в явлениях переноса.

Явления переноса в газах и жидкостях заключаются в том, что у этих веществ упорядоченный, направленный массоперенос (диффузия), импульс (внутренняя энергия) и внутренняя энергия (теплопроводность). В газе нарушается полная хаотичность молекул и распределение молекулярных скоростей. Отклонения от закона Максвелла объясняют направленным переносом физических характеристик материала в явлениях переноса.

Мы рассматриваем только одномерные явления, в которых физические величины, определяющие эти явления, зависят только от одной координаты

1. Теплопроводность.

Явления теплопроводности наблюдаются в разных частях рассматриваемого газа по разной температуре. Рассмотрение эффектов теплопроводности с микроскопической точки зрения показывает, что количество тепла, переносимого через область ΔS, перпендикулярную направлению передачи, прямо пропорционально теплопроводности χ, которая зависит от типа вещества или газа. , градиент температуры, область значений ΔS и время наблюдения Δt

Закон Фурье:

Знак минус в законе Фурье показывает, что тепло передается в направлении уменьшения температуры T.

С молекулярно-кинетическими явлениями с точки зрения теплопроводности объясняется следующее. В области газа, где температура выше, кинетическая энергия случайного теплового движения молекул больше, чем в области, где температура ниже. В результате случайного теплового движения молекулы перемещаются из области, где области T выше, где T меньше. Однако они страдают от кинетической энергии, большей средней кинетической энергии, которой обладают молекулы в области более низкой энергии.Из-за непрерывных столкновений молекул с течением времени происходит процесс выравнивания средней кинетической энергии, то есть выравнивание температуры. Коэффициент теплопроводности χ равен

Где c _V — удельная теплоемкость газа при постоянном объеме (количество тепла, необходимое для нагрева 1 кг газа на 1 К при постоянном объеме).

— плотность газа — средняя тепловая скорость молекул

— медиальная свободная длина.

Физический смысл χ: теплопроводность χ численно равна плотности теплового потока при градиенте температуры, равном 1

2. Распространение
Явление диффузии — это самопроизвольное смешение молекул разных газов или жидкостей. Явление диффузии наблюдается в твердых телах. В тех случаях, когда в химически чистом гомогенном газе концентрация молекул будет разной, происходит перенос молекул, приводящий к выравниванию (или концентрации) молекул.Это явление самодиффузии. Для простоты будем считать, что плотность неоднородна по оси x.
Явлением самодиффузии с макроскопической точки зрения был Фик, который установил следующий закон: масса газа, переносимого через область Δ S , перпендикулярную направлению переноса в течение Δ t , пропорциональна к коэффициенту самодиффузии D , который зависит от типа газа, градиента плотности, значения участка Δ S и времени наблюдения Δ t .

— Закон Фика

Знак минус указывает, что масса газа транспортируется в сторону уменьшения плотности. Коэффициент самодиффузии D численно равен массе газа, переносимого за единицу времени через единицу площади, перпендикулярной направлению движения, с градиентом плотности, равным единице

— флюенс

По кинетической теории газов

3.Внутреннее трение (вязкость)

Явление внутреннего трения наблюдается в случае, когда разные слои газа движутся с разной скоростью. В этом случае слои замедляются быстрее, перемещаясь медленнее. На макроскопическое движение слоев газа (т. Е. Движение стенки в целом) сказывается микроскопическое тепловое движение молекул.

Рассмотрим один слой газа, движущийся со скоростью v ₁ , и слой газа 2, движущийся со скоростью v ₂ v ₁ > v ₂ .В результате теплового случайного движения молекулы A от слоя 1 к слою 2 переключаются и изменяют свой импульс со значения mv на любое значение mv ‘(v2 < v ‘ < v ₁ ) .

Молекулы B в слое 2 в результате нагрева переходят в беспорядочное движение слоя 1 и изменяют свой импульс со значения mv ₂ на значение mv » ( v ₂ < v » < v ₁ ), то есть молекулы в слое выше первых двух, оказавшись в слое 1, сталкиваются с молекулами, что ускоряет его упорядоченное движение, и упорядочивает движущиеся молекулы слоя 1 замедляются.Напротив, при переходе молекул из быстро движущегося слоя 1 в слой 2 они переносят большие импульсы и межмолекулярные столкновения на уровне 2 скорости движения молекул этого слоя.
Явление внутреннего трения описывается вязкой силой Ньютона F , действующей между двумя слоями газа, прямо пропорциональной коэффициенту внутреннего трения η , градиенту скорости и размеру квадрата Δ S .

(Импульс dp , проведенный через область d S за время Δ t , прямо пропорционален коэффициенту внутреннего трения η , градиенту скорости, значению площади d S и наблюдению время д т ).

— Закон Ньютона

Знак минус указывает, что вязкая сила противоположна градиенту скорости, то есть импульсу, передаваемому в направлении уменьшения скорости. Коэффициент внутреннего трения равен

.

Связь между коэффициентами явлений переноса

.

Тепловая эффективность — Energy Education

Рис. 1: Объем работы для данного количества тепла дает системе ее тепловой КПД. ^[1]

Тепловые двигатели превращают тепло в работу. Тепловой КПД выражает долю тепла, которая становится полезной работой. Тепловой КПД представлен символом [math] \ eta [/ math] и может быть рассчитан с помощью уравнения:

[математика] \ eta = \ frac {W} {Q_H} [/ математика]

Где:

[math] W [/ math] — полезная работа и

[math] Q_H [/ math] — это общий ввод тепловой энергии от горячего источника. ^[2]

Тепловые двигатели часто работают с КПД от 30% до 50% из-за практических ограничений. Тепловые двигатели не могут достичь 100% теплового КПД ([math] \ eta = 1 [/ math]) согласно Второму закону термодинамики. Это невозможно, потому что в тепловом двигателе всегда вырабатывается некоторое количество отработанного тепла, что показано на Рисунке 1 термином [math] Q_L [/ math]. Хотя полная эффективность теплового двигателя невозможна, есть много способов повысить общую эффективность системы.

Пример

Если вводится 200 джоулей тепловой энергии в качестве тепла ([math] Q_H [/ math]), а двигатель выполняет работу 80 Дж ([math] W [/ math]), то эффективность составляет 80 Дж / 200 Дж, что эффективность 40%.

Тот же результат может быть получен путем измерения отходящего тепла двигателя. Например, если в двигатель вложено 200 Дж, а отходящее тепло составляет 120 Дж, то должно быть выполнено 80 Дж работы, что дает КПД 40%.

Эффективность Карно

основная статья

Физик Сади Карно определил максимально достижимую эффективность теплового двигателя.Следуя законам термодинамики, уравнение для этого оказывается

[математика] \ eta_ {max} = 1 — \ frac {T_L} {T_H} [/ math]

Где

[math] T_L [/ math] — это температура холодной «раковины» а также

[math] T_H [/ math] — это температура теплового резервуара.

Это описывает эффективность идеализированного двигателя, которая в действительности недостижима. ^[3] Из этого уравнения, чем ниже температура стока [math] T_L [/ math] или чем выше температура источника [math] T_H [/ math], тем больше работы доступно от теплового двигателя.Энергия для работы исходит от уменьшения общей энергии жидкости, используемой в системе. Следовательно, чем больше изменение температуры, тем больше это уменьшение жидкости и, следовательно, больше энергии, доступной для выполнения работы. ^[4]

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

1. ↑ Это изображение было сделано командой Energy Education.
2. ↑ Механика двигателей ТПУБ. (4 апреля 2015 г.). Тепловой КПД [Онлайн]. Доступно: http://enginemechanics.tpub.com/14075/css/14075_141.htm
3. ↑ Hyperphysics, Cycle Carnot [Online], Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/carnot.html
4. ↑ Р. А. Хинрихс и М. Кляйнбах, «Тепло и работа», в Энергия: ее использование и окружающая среда , 4-е изд. Торонто, Онтарио. Канада: Томсон Брукс / Коул, 2006, глава 4, раздел E, стр 115

.

термодинамика | Законы, определения и уравнения

Термодинамика , наука о взаимосвязи между теплотой, работой, температурой и энергией. В широком смысле термодинамика занимается передачей энергии из одного места в другое и из одной формы в другую. Ключевой концепцией является то, что тепло — это форма энергии, соответствующая определенному количеству механической работы.

Популярные вопросы

Что такое термодинамика?

Термодинамика — это изучение отношений между теплотой, работой, температурой и энергией.Законы термодинамики описывают, как изменяется энергия в системе и может ли система выполнять полезную работу со своим окружением.

Является ли термодинамика физикой?

Да, термодинамика — это раздел физики, изучающий изменение энергии в системе. Ключевой вывод термодинамики состоит в том, что тепло — это форма энергии, которая соответствует механической работе (то есть приложению силы к объекту на расстоянии).

Тепло не было официально признано формой энергии примерно до 1798 года, когда граф Рамфорд (сэр Бенджамин Томпсон), британский военный инженер, заметил, что при сверлении стволов пушек может выделяться безграничное количество тепла и Количество выделяемого тепла пропорционально работе, выполняемой при токарной обработке тупого расточного инструмента.Наблюдение Рамфорда пропорциональности между выделяемым теплом и проделанной работой лежит в основе термодинамики. Еще одним пионером был французский военный инженер Сади Карно, который ввел концепцию цикла тепловой машины и принцип обратимости в 1824 году. Работа Карно касалась ограничений на максимальный объем работы, которую можно получить от паровой машины, работающей с высокотемпературная теплопередача как движущая сила. Позже в том же веке эти идеи были развиты Рудольфом Клаузиусом, немецким математиком и физиком, в первый и второй законы термодинамики соответственно.

Наиболее важные законы термодинамики:

• Нулевой закон термодинамики. Когда две системы находятся в тепловом равновесии с третьей системой, первые две системы находятся в тепловом равновесии друг с другом. Это свойство делает целесообразным использование термометров в качестве «третьей системы» и определения шкалы температур.

• Первый закон термодинамики или закон сохранения энергии. Изменение внутренней энергии системы равно разнице между теплом, добавленным к системе из окружающей среды, и работой, выполняемой системой над своим окружением.

• Второй закон термодинамики. Тепло не передается самопроизвольно из более холодной области в более горячую, или, что то же самое, тепло при данной температуре не может быть полностью преобразовано в работу. Следовательно, энтропия замкнутой системы или тепловая энергия на единицу температуры со временем увеличивается до некоторого максимального значения. Таким образом, все закрытые системы стремятся к состоянию равновесия, в котором энтропия максимальна, а энергия недоступна для выполнения полезной работы.
• Третий закон термодинамики. Энтропия идеального кристалла элемента в его наиболее стабильной форме стремится к нулю, когда температура приближается к абсолютному нулю. Это позволяет установить абсолютную шкалу энтропии, которая со статистической точки зрения определяет степень случайности или беспорядка в системе.

Хотя термодинамика быстро развивалась в 19 веке в ответ на потребность в оптимизации производительности паровых двигателей, широкая общность законов термодинамики делает их применимыми ко всем физическим и биологическим системам.В частности, законы термодинамики дают полное описание всех изменений энергетического состояния любой системы и ее способности выполнять полезную работу со своим окружением.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Эта статья посвящена классической термодинамике, которая не включает рассмотрение отдельных атомов или молекул. Такие проблемы находятся в центре внимания раздела термодинамики, известного как статистическая термодинамика или статистическая механика, которая выражает макроскопические термодинамические свойства в терминах поведения отдельных частиц и их взаимодействий.Его корни уходят во второй половине XIX века, когда атомные и молекулярные теории материи стали общепринятыми.

Основные концепции

Термодинамические состояния

Применение принципов термодинамики начинается с определения системы, которая в некотором смысле отличается от своего окружения. Например, система может представлять собой образец газа внутри цилиндра с подвижным поршнем, целую паровую машину, марафонца, планету Земля, нейтронную звезду, черную дыру или даже всю Вселенную.В общем, системы могут свободно обмениваться теплом, работой и другими видами энергии со своим окружением.

Состояние системы в любой момент времени называется ее термодинамическим состоянием. Для газа в баллоне с подвижным поршнем состояние системы определяется по температуре, давлению и объему газа. Эти свойства являются характеристическими параметрами, которые имеют определенные значения в каждом состоянии и не зависят от способа, которым система пришла в это состояние. Другими словами, любое изменение значения свойства зависит только от начального и конечного состояний системы, а не от пути, пройденного системой от одного состояния к другому.Такие свойства называются функциями состояния. Напротив, работа, выполняемая при движении поршня и расширении газа, и тепло, которое газ поглощает из окружающей среды, зависят от того, каким образом происходит расширение.

Поведение сложной термодинамической системы, такой как атмосфера Земли, можно понять, сначала применив принципы состояний и свойств к ее составным частям — в данном случае к воде, водяному пару и различным газам, составляющим атмосферу. Выделяя образцы материала, состояниями и свойствами которых можно управлять и управлять ими, можно изучать свойства и их взаимосвязи по мере того, как система изменяется от состояния к состоянию.

.

No related posts.