01. Вводный урок по теме: «Агрегатные состояния вещества»
10 мин
02. Плавление и отвердевание кристаллических тел. График плавления и отвердевания
10 мин
03. Удельная теплота плавления
5 мин
04. Решение задач по теме «Нагревание и плавление кристаллических тел»
18 мин
05. Испарение. Поглощение энергии при испарении жидкости и выделение её при конденсации пара
15 мин
06. Кипение. Удельная теплота парообразования и конденсации
17 мин
07. Решение задач по теме «Агрегатные состояния вещества. Переходы из одного агрегатного состояния в другое»
22 мин
08. Влажность воздуха. Способы определения влажности воздуха
16 мин
09. Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутреннего сгорания
11 мин
10. Паровая турбина. КПД теплового двигателя
12 мин
11. Решение задач по теме «КПД»
26 мин
12. Решение более сложных задач по теме «Изменение агрегатных состояний вещества»
31 мин
11. Решение задач по теме «КПД»
Видео доступно по абонементу
Повторение формул и величин
Данный урок посвящён решению задач. Мы рассмотрим несколько задач на нахождение КПД тепловых установок. Кроме непосредственно КПД, в них фигурируют формулы для количества теплоты, необходимого для нагревания вещества или выделяемого при охлаждении, а также количества теплоты, которое выделяется при сгорании топлива.
Все эти вопросы мы уже рассматривали на прошлых уроках. Однако мы ещё не уделяли отдельное внимание задачам, в которых теплота сгорания топлива идёт на нагревание тел.
Поэтому на этом уроке мы подробно рассмотрим решение задач на нахождение КПД тепловых установок и двигателей. Как мы знаем, любая тепловая установка характеризуется своим КПД. Для нахождения КПД нам могут пригодиться следующие формулы:
– количество теплоты, которое выделяется при сгорании топлива (– удельная теплота сгорания,– масса топлива);
– количество теплоты, которое выделяется при охлаждении или необходимо для нагревания вещества (– удельная теплоёмкость вещества,– масса вещества,– конечная температура вещества,– начальная температура вещества);
– КПД установки (– работа, совершённая рабочим телом,– количество теплоты, полученное от нагревателя);
Большинство из величин, встречающихся в формулах, либо даны в условии, либо являются искомыми. Однако удельная теплоёмкость вещества и удельная теплота сгорания берутся из соответствующих таблиц. Напомним единицы измерения этих величин:
Кроме этих величин в задачах могут встречаться ещё две табличные величины:– удельная теплота парообразования,– удельная теплота плавления. Однако на этом уроке они нам не понадобятся, поэтому подробно останавливаться на них не будем.
Для удобства составим таблицу с теми значениями табличных величин, которые понадобятся на этом уроке при решении задач.
Вещество | Удельная теплоёмкость | Удельная теплота сгорания |
Вода | - | |
Спирт | ||
Бензин |
Задача №1 на нахождение КПД
На спиртовке нагревают воду. Взяли 175 г воды и нагрели от 15 ℃ до 75 ℃. При этом масса спиртовки уменьшилась с 163 г до 157 г. Найти КПД тепловой установки.
Решение
Запишем краткое условие задачи.
Дано: | СИ | Решение: Вначале выпишем формулу для КПД: В данном случае мы заменили работу полезным количеством теплоты, то есть тем количеством теплоты, которое пошло непосредственно на нагрев воды. |
| ||
Найти: |
Прежде чем решать задачу, необходимо определиться с процессами, которые происходят в данной задаче. Первый процесс – это сгорание топлива. Второй – нагревание воды.
Полезное количество теплоты, то есть то тепло, которое пошло непосредственно на нагревание воды, можно вычислить по формуле:
Количество теплоты, выделенное нагревателем, то есть, в данном случае, тепло, выделившееся при сгорании спирта:
Массу сгоревшего спирта найти легко: это та масса, на которую уменьшилась масса спиртовки, то есть:
Получаем:
Осталось вычислить КПД установки:
Заметим, что КПД может вычисляться не только в процентах, но и в долях. К примеру, для данной задачи ответ может быть:
Если анализировать данную задачу, то можно увидеть, что только четвёртая часть (приблизительно) тепла, которое выделяется при сгорании спирта, идёт на нагревание воды. С одной стороны, это кажется достаточно малым значением, но, с другой стороны, для многих тепловых машин такое значение КПД оказывается даже большим.
Ответ:
Задача №2 на нахождение КПД
Тепловой двигатель совершил полезную работуи израсходовал при этом 2 кг бензина. Найти КПД теплового двигателя.
Решение
Запишем краткое условие задачи.
Дано: | СИ | Решение: Вначале выпишем формулу для КПД: По таблице находим, что: Для того чтобы найти КПД, достаточно найти |
| ||
Найти: |
Как и в прошлой задаче, воспользуемся следующей формулой:
Находим КПД:
Ответ:
Итак, мы решили несколько задач на нахождение КПД тепловых двигателей и установок, вспомнили основные формулы и величины, которые требуются для решения таких задач.
На следующем уроке мы рассмотрим более сложные задачи, которые могут встретиться в теме «Тепловые явления».
Список литературы
Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. – М.: Мнемозина.
Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
Фестиваль педагогических идей «Открытый урок» (Источник)
Фестиваль педагогических идей «Открытый урок» (Источник)
Домашнее задание
П. 24, вопросы 1–4. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
Каков КПД теплового двигателя, который совершил полезную работу 70 кДж, если при полном сгорании топлива выделилась бы энергия 200 кДж?
Израсходовав 100 г бензина, тепловой двигатель совершил полезную работу 1,1 МДж. Каков КПД этого двигателя?
Сколько природного газа необходимо сжечь для совершения полезной работы 110 кДж, если КПД двигателя – 25%?