Физика и астрономия · 8 клас · урок 3 от 3

Първи принцип на термодинамиката. Невъзможност на вечния двигател

Първият принцип на термодинамиката е законът за запазване на енергията за топлинните процеси. Топлината Q, получена от газа, отива за изменение на вътрешната му енергия ΔU и за работата A, която газът извършва: Q = ΔU + A. От него следва, че не може да има машина, която извършва работа без да получава енергия. Такава въображаема машина се нарича вечен двигател от първи род и е невъзможна.

Работен лист за печат

Какво да запомним

  • Q = ΔU + A (A е работата, извършена от газа).
  • Получена топлина: Q > 0; отдадена: Q < 0.
  • При V = const: A = 0 и Q = ΔU.
  • Вечен двигател от първи род е невъзможен.
  • Реалните машини губят част от енергията като вътрешна (триене).

Пример

Газ получава 1000 J топлина и извършва 400 J работа: ΔU = Q − A = 1000 − 400 = 600 J.

Проверете се: 20 въпроса

Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.

  1. Какво изразява първият принцип на термодинамиката?
    • Закона за запазване на енергията при топлинни процеси
    • Закона за инерцията
    • Закона за скачените съдове
    • Закона на Архимед

    Отговор: Закона за запазване на енергията при топлинни процеси

    Топлината, получена от газа, отива за изменение на вътрешната му енергия и за извършване на работа.

  2. Газ получава 1000 J топлина и извършва работа 400 J. Как се изменя вътрешната му енергия?
    • Увеличава се с 1400 J
    • Намалява с 600 J
    • Увеличава се с 400 J
    • Увеличава се с 600 J

    Отговор: Увеличава се с 600 J

    ΔU = Q − A = 1000 − 400 = 600 J.

  3. Газ получава 300 J топлина, а вътрешната му енергия нараства със 100 J. Каква работа е извършил газът?
    • 200 J
    • 400 J
    • 100 J
    • −200 J

    Отговор: 200 J

    A = Q − ΔU = 300 − 100 = 200 J.

  4. Газ отдава 500 J топлина и в същото време извършва работа 200 J. Как се изменя вътрешната му енергия? (A е работата, извършена от газа)
    • Намалява със 700 J
    • Намалява с 300 J
    • Увеличава се с 300 J
    • Увеличава се със 700 J

    Отговор: Намалява със 700 J

    ΔU = Q − A = (−500) − 200 = −700 J.

  5. Газ извършва работа 150 J, а вътрешната му енергия нараства с 350 J. Колко топлина е получил?
    • 200 J
    • 500 J
    • 350 J
    • −200 J

    Отговор: 500 J

    Q = ΔU + A = 350 + 150 = 500 J.

  6. Как се записва първият принцип на термодинамиката, ако A е работата, извършена от газа?
    • Q = ΔU + A
    • Q = ΔU − A
    • Q = A − ΔU
    • Q = ΔU · A

    Отговор: Q = ΔU + A

    Получената топлина отива за изменение на вътрешната енергия и за работата на газа.

  7. Газ получава 800 J топлина, а вътрешната му енергия не се изменя. Каква работа извършва газът?
    • 0 J
    • −800 J
    • 800 J
    • 1600 J

    Отговор: 800 J

    От Q = ΔU + A при ΔU = 0 следва A = Q = 800 J.

  8. Над газ се извършва работа 300 J и той отдава 100 J топлина. Как се изменя вътрешната му енергия?
    • Увеличава се с 400 J
    • Намалява с 200 J
    • Намалява с 400 J
    • Увеличава се с 200 J

    Отговор: Увеличава се с 200 J

    Газът получава 300 J чрез работа и губи 100 J чрез топлина: ΔU = 300 − 100 = 200 J.

  9. Газ получава 200 J топлина, но вътрешната му енергия намалява с 50 J. Каква работа е извършил газът?
    • 150 J
    • 250 J
    • 50 J
    • −250 J

    Отговор: 250 J

    A = Q − ΔU = 200 − (−50) = 250 J.

  10. При кой процес цялата получена от газа топлина отива за увеличаване на вътрешната му енергия?
    • При постоянна температура
    • При постоянно налягане
    • При постоянен обем
    • При процес без топлообмен

    Отговор: При постоянен обем

    При постоянен обем газът не извършва работа (A = 0), затова Q = ΔU.

  11. Какво е вечен двигател от първи род?
    • Двигател, който работи с вода
    • Двигател на слънчева енергия
    • Двигател с КПД 30 %
    • Машина, която извършва работа, без да получава енергия отвън

    Отговор: Машина, която извършва работа, без да получава енергия отвън

    Такава машина би създавала енергия от нищо.

  12. Защо махало, оставено само, накрая спира?
    • Енергията му изчезва
    • Силата на тежестта спира да действа
    • Механичната му енергия се превръща във вътрешна поради триене и съпротивление
    • Масата му намалява

    Отговор: Механичната му енергия се превръща във вътрешна поради триене и съпротивление

    Енергията не изчезва, а се превръща във вътрешна енергия на махалото, окачването и въздуха.

  13. Защо научните институции отказват да разглеждат проекти за вечен двигател?
    • Твърде скъпи са
    • Вдигат много шум
    • Противоречат на закона за запазване на енергията
    • Замърсяват въздуха

    Отговор: Противоречат на закона за запазване на енергията

    Всеки такъв проект нарушава първия принцип на термодинамиката.

  14. Изобретател твърди, че двигателят му в цикъл получава 100 J топлина и извършва 120 J работа. Какво може да се каже?
    • Възможно е, КПД е 120 %
    • Възможно е, ако двигателят се охлажда
    • Невъзможно е: работата не може да е по-голяма от получената енергия
    • Възможно е, ако работи бавно

    Отговор: Невъзможно е: работата не може да е по-голяма от получената енергия

    В един цикъл ΔU = 0, значи A = Q и не може да надхвърли 100 J.

  15. Колело с тежести по обиколката е познат проект за вечен двигател. Ще се върти ли то вечно?
    • Не, триенето го спира и няма източник на енергия
    • Да, тежестите винаги дърпат едната страна надолу
    • Да, ако е достатъчно голямо
    • Да, ако е от метал

    Отговор: Не, триенето го спира и няма източник на енергия

    Без външна енергия колелото може само да губи енергия поради триене, затова спира.

  16. Възможно ли е да се построи вечен двигател от първи род?
    • Не
    • Да, с много силни магнити
    • Да, ако няма триене
    • Да, в космоса

    Отговор: Не

    Такъв двигател би извършвал работа без източник на енергия, което противоречи на закона за запазване на енергията.

  17. Кой закон показва, че вечен двигател от първи род е невъзможен?
    • Законът за запазване на енергията
    • Законът на Паскал
    • Законът на Архимед
    • Законът на Ом

    Отговор: Законът за запазване на енергията

    Първият принцип на термодинамиката е законът за запазване на енергията при топлинни процеси.

  18. Машина получава 1000 J енергия. Каква е най-голямата работа, която тя може да извърши?
    • 2000 J
    • Неограничена
    • 1000 J
    • 10 000 J

    Отговор: 1000 J

    Машината не може да извърши повече работа от получената енергия, а в действителност извършва по-малко заради загубите.

  19. Защо всяка реална машина извършва по-малко полезна работа от получената енергия?
    • Енергията изчезва
    • Част от енергията се превръща във вътрешна заради триенето и други загуби
    • Машината създава нова енергия
    • Работата винаги е отрицателна

    Отговор: Част от енергията се превръща във вътрешна заради триенето и други загуби

    Енергията не изчезва, но част от нея отива за нагряване на частите на машината и околната среда.

  20. Махало във вакуум и почти без триене се люлее много дълго. Вечен двигател ли е това?
    • Да, защото никога не спира
    • Да, защото е във вакуум
    • Да, ако е достатъчно тежко
    • Не, защото не извършва полезна работа; ако му отнемаме енергия, ще спре

    Отговор: Не, защото не извършва полезна работа; ако му отнемаме енергия, ще спре

    Вечният двигател трябва да извършва работа без да получава енергия. Махалото само запазва енергията си и спира, щом го натоварим.