I zasada termodynamiki — ciepło, praca, energia wewnętrzna
ΔU=Q+W, bilans cieplny i przemiany gazowe
Po tej lekcji będziesz umieć
Stosować I zasadę z konwencją znaków
(Q > 0 dostarczone, W > 0 praca nad gazem)
Rozróżniać pracę nad gazem i pracę gazu
, praca gazu ma znak przeciwny
Analizować bilans energii w przemianach
izotermiczna, izochoryczna, izobaryczna, adiabatyczna
Obliczać ciepło
(zmiana temperatury), (przemiana fazowa)
Rozwiązywać bilans cieplny
ciepło oddane = ciepło pobrane w układzie izolowanym
Określać, kiedy U rośnie, maleje lub jest stała
znak z ciepła i pracy
Interpretować przepływ energii układ ↔ otoczenie
ciepło i praca jako dwie formy przekazu
Po co Ci to na maturze?
W zadaniach CKE I zasada termodynamiki łączy przemiany gazowe, wykresy p(V), kalorymetrię i przemiany fazowe. Najważniejsze jest jawne podanie konwencji znaku pracy oraz rozpoznanie, czy energia jest dostarczana do układu, czy z niego odprowadzana. Jeden błędny znak potrafi odwrócić wynik całego zadania.
Najważniejsza idea
Najważniejsza idea: Energia wchodzi do układu jako ciepło albo jako praca wykonana nad nim; wychodzi jako ciepło oddane lub praca wykonana przez gaz. Energia wewnętrzna to energia mikroskopowa cząsteczek — nie „zapas ciepła”. W konwencji CKE: , gdzie to praca NAD gazem.
Intuicja zjawiska
Energia może dostać się do układu na dwa sposoby: jako ciepło (różnica temperatur) albo jako praca wykonana nad układem (np. sprężanie). Może też opuścić układ — jako ciepło oddane otoczeniu lub jako praca wykonana przez rozprężający się gaz. Energia wewnętrzna nie mówi „ile ciepła jest w ciele”: to suma energii kinetycznej i potencjalnej cząsteczek. Ciepło i praca to sposoby PRZEKAZYWANIA energii, a nie jej formy zmagazynowane w ciele.
Dwie drogi energii
do układu — ciepło i praca nad gazem ; z układu — ciepło oddane i praca gazu ().
I zasada
— bilans energii układu; po przekształceniu .
Energia wewnętrzna
zależy tylko od stanu (dla gazu doskonałego — tylko od ); przy jest .
Praca na p(V)
pole pod krzywą p(V) to praca; znak zależy od kierunku procesu i konwencji (tu liczymy nad gazem).
Wielkości i jednostki
Wielkość Symbol Jednostka SI Znaczenie Ciepło Q J energia przekazana wskutek różnicy temperatur Praca (nad gazem) W J energia przekazana mechanicznie do układu Energia wewnętrzna U J energia mikroskopowa cząsteczek układu Zmiana energii wewnętrznej \Delta U…
Modele i zasady
:rule Układ i otoczenie Układ to wydzielona część materii wraz z granicą, przez którą przepływa ciepło i wykonywana jest praca. Wszystkie znaki liczymy z punktu widzenia układu.
I zasada termodynamiki — mapa przepływu energii
Teoria: wzory i interpretacje
I zasada i jej przekształcenie: \Delta U = Q + W, \qquad Q = \Delta U - W Praca nad gazem (proces quasi-statyczny): W = -\int {V 1}^{V 2} p\,dV \quad(\text{izobarycznie } W = -p\,\Delta V), \qquad W {\text{gaz}} = -W Ciepło bez i z przemianą fazową: Q = mc\…
Solver — I zasada termodynamiki krok po kroku
1. Wyznacz analizowany układ i jego granicę.
Doświadczenie: bilans cieplny wody
Problem: czy ciepło oddane przez wodę cieplejszą równa się ciepłu pobranemu przez chłodniejszą? Przyrządy: izolowany kubek (kalorymetr), termometr, waga, ciepła i chłodna woda.
Przykład
Przykład rozwiązany
Gaz w cylindrze pobiera Q = 500 J i rozprężając się wykonuje pracę 200 J nad otoczeniem. Oblicz \Delta U .
Mini-praktyka CKE — przeanalizuj sam
-praktyka Mieszanie: m 1 = 0{,}5 kg wody T 1 = 80°C + m 2 = 0{,}3 kg wody T 2 = 10°C . Jaka temperatura równowagi?
Częste błędy
Mieszanie dwóch konwencji znaku W :: Ustal na starcie: \Delta U = Q + W (W 0 to praca NAD gazem, konwencja CKE). Nie mieszaj z \Delta U = Q - W (gdzie W to praca gazu).
Powtórka w 30 sekund
\Delta U = Q + W :: I zasada (W nad gazem) Q = \Delta U - W :: przekształcenie W = 0 :: izochoryczna \Delta U = 0 :: izotermiczna Q = 0 :: adiabatyczna Q = mc\Delta T :: bez przemiany fazy Q = mL :: przemiana fazowa oddane = pobrane :: bilans bez strat :key…
Kluczowe pojęcia
Układ termodynamiczny :: wydzielona część materii z granicą, przez którą przepływa ciepło i wykonywana jest praca Energia wewnętrzna :: suma energii kinetycznej i potencjalnej cząsteczek; dla gazu doskonałego zależy tylko od T Ciepło :: energia przekazywana…
Sprawdź się i przećwicz
sub :: I zasada to poprawna konwencja znaków i rozpoznanie przemiany — sprawdź, czy pewnie liczysz \Delta U , Q i pracę gazu. sprawdzian :: I zasada termodynamiki, przemiany gazowe i bilans cieplny :: 15 min zbior :: Zadania maturalne z rozwiązaniami krok …
Wzory w tablicach
Powiązane wzory maturalne
Materiał z klas 1–4
Lekcje klasowe z tym materiałem
Źródła, format CKE i materiały ZPE
men :: Fizyka ZR — termodynamika. Zakres: I zasada termodynamiki, energia wewnętrzna, praca gazu, przemiany gazowe, kalorymetria, przemiany fazowe.
W tej lekcji
ZJAWISKO I MODEL
WZORY I WYKRESY
DOŚWIADCZENIE