"приложение на първия закон на термодинамиката към изопроцесите в газовете." Презентация към урока "Първият закон на термодинамиката. Приложение на първия закон на термодинамиката към топлинните процеси" Урок по физика първият закон на термодинамиката

Въпроси за преглед:

• Какво е вътрешна енергия?
• Назовете начини за промяна на вътрешната енергия.
• Как да определим работата на газ?
• Как да определим количеството топлина?
• Обяснете физическото значение на конкретни количества.

Промяната във вътрешната енергия на системата по време на нейния преход от едно състояние в друго е равна на сумата от работата на външните сили и количеството топлина, предадена на системата.

• Количеството топлина, предадено на системата, се използва за извършване на работа от системата и промяна на нейната вътрешна енергия

• Изотермичен процес

(T = const) :  U =0

защото ΔT=0, ΔU=0 и след това Q= A.

Ако Q

Приложение на първия закон на термодинамиката към изопроцесите

• Изобарен процес:

(p = const, Δp=0 )

A = p  V = vR  T

Изохоричен процес.

1. Какво е изохоричен процес?

2. Защото ΔV=0, → A=0 →ΔU=Q

• Ако Q 0, тогава ΔU 0 – отопление на газ, ако Q

Приложение на първия закон на термодинамиката към изопроцесите

• Изохоричен процес:

( V = const): A = 0

защото ΔV=0, след това A=0 и ΔU=Q

Ако Q0, тогава Δ U0 – отопление на газ, ако Q

Приложение на първия закон на термодинамиката към изопроцесите

• Адиабатен процес: процес, който протича без топлообмен с околната среда.

Q=0

Температурните промени се дължат само на извършваната работа

Адиабатен процес

• Всички бързи процеси и процеси, протичащи в топлоизолирана среда, могат да се считат за адиабатични.

Адиабата е по-стръмна от всяка изотерма, която я пресича

Термодинамика на цикличен процес.

За произволен цикличен процес 1–2–3–4–1 работата, извършена от газа по време на цикъл, е числено равна на площта на фигурата, ограничена от диаграмата на цикъла в координати стр – V

Необратимостта на процесите в природата .

• Необратими са процеси, които могат спонтанно да протичат само в една посока. В обратната посока те могат да възникнат само като едно от звената в по-сложен процес.

Какво се случва с трептенията на махалата с течение на времето?

• Всички процеси в природата НЕОБРАТИМО!

II закон на термодинамиката.

• Формулировка на Клаузиус(1850): процес, при който топлината би се прехвърлила спонтанно от по-малко нагрети тела към по-нагрети тела, е невъзможен.
• Формулировката на Томсън(1851): невъзможен е кръгов процес, единственият резултат от който би бил производството на работа поради намаляване на вътрешната енергия.
• Формулировка на Клаузиус(1865): всички спонтанни процеси в затворена неравновесна система протичат в посока, в която ентропията на системата се увеличава; в състояние на топлинно равновесие е максимално и постоянно.
• Формулировка на Болцман(1877): затворена система от много частици спонтанно преминава от по-подредено състояние в по-малко подредено. Системата не може спонтанно да напусне равновесното си положение. Болцман въвежда количествена мярка за безпорядък в система, състояща се от много тела - ентропия .

Технологична карта на урок за изучаване на нов материал

Информация за учителя: Двойглазова Любов Тимофеевна, налична най-висока и поискана най-висока категория, MBOU Starozyatsinsky средно училище Yakshur - област Bodino.

Предмет: Учебник по физика 10 клас (UMK): Мякишев Г. Я. Буховцев Б. Б., Соцки Н. Н., Физика 10 клас М. Образование 2008 г.

Тема на урока: Първият закон на термодинамиката и приложението му към изопроцесите

Тип урок: урок за изучаване на нов материал

Оборудване 1. Компютър, проектор, 1) Листове със задачи, 3) Листове с описание на лабораторната работа,

4) Презентация „1-ви закон на термодинамиката.“

Характеристики на образователните способности и предишни постижения на учениците в класа, за който е предназначен урокът:

Учениците имат представа за вътрешната енергия на тялото, работата на газа и работата на външните сили и знаят формулите за изчисляването им.

Учениците говорят

регулаторен UUD:

- трансформират практическа задача в образователно-познавателна чрез общи усилия (ниво 2);

когнитивен UUD

идентифицират начини за решаване на проблеми под ръководството на учител (ниво 1);

излагат хипотези и изграждат стратегия за търсене под ръководството на учител (ниво 1);

формулиране на нови знания чрез съвместни групови усилия (ниво 2);

обобщете получените данни.

комуникативен UUD:

- участват в колективно обсъждане на проблеми (ниво 2);
- представят конкретно съдържание и го съобщават устно и писмено (ниво 3).

личен UD:

- показват устойчив познавателен интерес към нов учебен материал (ниво 2).

Целите на урока като планирани резултати от обучението, планирано ниво на постигане на целите:

„Етап на урока“.

Вижте съдържанието на документа
"обобщение на урока"

Тема: „Първият закон на термодинамиката и неговите

приложение към различни изопроцеси.

Урок за усвояване на нови знания.

Цели на урока:

Образователни:

Да се ​​гарантира, че студентите разбират закона за запазване и трансформация на енергията за топлинни процеси - първият закон на термодинамиката;

Покажете прехода от общото знание на първия закон на термодинамиката към специфичните газови закони;

Обмислете приложението на придобитите знания при решаване на конкретни проблеми.

Образователни:

повишаване на интереса към физиката като наука, която обяснява огромен брой заобикалящи явления и съчетава знанията на много други науки;

развиват комуникативни и бизнес умения при работа в малки групи;

да култивира мироглед и единна физическа картина на света;

Да възпитава дисциплина и отговорно отношение към учебната работа;

Развитие:

Развийте умения за сравняване, анализиране, обобщаване и правене на заключения;

Да насърчава развитието на способността за сравняване на факти; конструирайте отговора си логично и стегнато; систематизира учебния материал.

Да развие логическото мислене, интелигентността и изчислителните умения на учениците при решаване на задачи.

Разширете политехническите хоризонти на студентите.

Оборудване: проектор, компютър, презентация, ватман за попълване на таблицата, епруветка с вода, термометър, котлон, чаша с вода, епруветка.

По време на часовете.

Мотивационно-целеви етап.

Момчета, какви мисли ви идват, когато чуете думата „гръмотевична буря“? И си спомням едноименната драма на Островски, в която един от главните герои, вероятно много умен човек, създава перпетуум мобиле. Какво е? Точно така, това са вечни двигатели - въображаемо устройство, което може безкрайно да върши работа, без да изразходва гориво или други енергийни ресурси. Някои от проектите бяха доста остроумни. (слайд 1 и 2).

Възможно ли е да се създаде вечен двигател? И защо? Можете ли да дадете аргументирано обяснение? Няма достатъчно знания, знания.

Според вас колко пътища водят до знанието? Древният мислител и философ на Китай, Конфуций, твърди, че има три.

Три пътя водят до знанието:

А пътят на опита е най-горчивият път. (слайд 3)

Днес в урока ще трябва да преминем през всички тези пътища и да се съгласим или може би да се усъмним в истинността на това твърдение.

Всеки от вас има работна карта на масата. Моля ви да се запознаете с работната карта и да я попълните, докато преминавате през етапите.

Приблизителен етап.

И така, нека се опитаме да докажем невъзможността за създаване на вечен двигател. По-конкретно, използвайки законите на физиката (слайд 4)

Какви ключови концепции трябва да използваме в това?

Двигателят работи - работи

поради какво? – поради енергия, количество топлина.

Какво се случва с една термодинамична система, ако към нея се предаде определено количество топлина? Тя може да промени вътрешната си енергия.

И така, идентифицирахме ключовите понятия, които са необходими в днешния урок.

Нека ги повторим и след това се опитаме да разберем защо е невъзможно да се създаде вечен двигател.

Етап на търсене и проучване.

Устен въпрос на дъската.

Вътрешна енергия.

Работа по термодинамика.

Малка практическа работа едновременно (2-3 души)

„Изчисляване на промените във вътрешната енергия на тялото при извършване на работа.“

Уреди и материали: 1) химическа епруветка, затворена със запушалка; 2) лабораторен термометър от 0 до 100 °C; 3) съд със студена вода; 4) лист хартия; 5) таблица „Специфичен топлинен капацитет на вещество, спринцовка

Работен ред

Налейте малко вода в епруветката с помощта на спринцовка (8-10 g) и измерете нейната температура

Затворете епруветката със запушалка и я увийте в хартия. Разклатете енергично водата в епруветката за 30-40 секунди.

Отворете епруветката и отново измерете температурата на водата.

Изчислете промяната във вътрешната енергия на водата.

Запишете резултатите от измерванията и изчисленията в тетрадката и на дъската.

Отговори на въпросите:

Как се промени вътрешната енергия на водата по време на експеримента?

Как променихте вътрешната енергия на водата в експеримента?

Защо е трябвало епруветката с вода да бъде увита в хартия по време на експеримента?

Какво може да се каже за зависимостта на промените във вътрешната енергия на тялото от извършената работа?

Как иначе бихте могли да промените вътрешната енергия на водата, без да извършвате работа?

Изучаване на нова тема.

Работа с презентацията. (слайдове 5-8)

Законът за запазване на енергията се разпростира върху топлинните явления наречен първи закон на термодинамиката.

Историята на откриването на този закон беше много интересна. През 1798 г. министърът на вътрешните работи на Бавария граф Б. Румфорд провежда експеримент. (слайд 9) В онези дни оръжията се правеха така. Цевите на оръдията бяха излети от разтопен метал, без да се оставя канал вътре за гюлетата. Тя е пробита по-късно - с огромни сондажни машини, задвижвани от коне. Румфорд забеляза, че варелите стават много горещи по време на пробиване. Румфорд предполага, че причината за нагряването е триенето на свредлото в цевта на оръдието, тоест извършването на механична работа. За да провери това предположение, Румфорд решава да увеличи силата на триене. За да направи това, той взе тъпа бормашина и постави дулото на оръдието в буре с вода. Два часа и половина по-късно, за голямо учудване на свидетелите на този грандиозен експеримент, водата започва да кипи!

Въз основа на знанията по физика, придобити в предишните уроци, обяснете причината, поради която водата кипи.

По какви начини може да се промени вътрешната енергия на газ?

Свършване на работата

В този случай обемът на газа трябва да се промени (при разширяване газът работи върху околните тела, например, движи буталото; при компресиране околните тела работят върху газа);

Пренос на топлина Q

От газ към околните тела или, обратно, от околните тела към газ.

(Слайд 10 -14)

Изолирана система. A = 0, Q = 0 Þ DU = 0, DU = U2 – U1 = 0 Þ U2 = U1. Вътрешната енергия на изолирана система остава непроменена (запазена).

Вечен двигател. (лат. perpetuum mobile - вечно подвижно). Вечен двигател от 1-ви вид е въображаема, непрекъснато работеща машина, която веднъж стартирана ще извършва работа, без да получава енергия отвън. Вечен двигател от 1-ви вид противоречи на закона за запазване и преобразуване на енергията и следователно е неосъществим. (Голяма енциклопедия на Кирил и Методий).

Машина, която ще отдава повече енергия, отколкото получава.

Механизъм (устройство), който непрекъснато се движи и освен това извършва полезна работа, без да изразходва гориво или други материали.

Устройство, което може да извършва неограничено количество работа, без да губи енергия.

Q = 0 (към системата не се подава енергия) Þ A = -DU (Q = DU + A) т.е. работата се извършва поради загуба на енергия. Но когато енергията се изчерпи, тогава двигателят ще спре да работи.

(Слайд 18 и 19).

Практически етап

1. Първично затвърждаване на знанията. Извършване на тестова работа.

1. Идеален газ получи количество топлина, равно на 300 J, и извърши работа, равна на 100 J. Как се промени вътрешната енергия на газа?

А. се увеличи с 400 Дж
Б. се увеличи с 200 Дж
V. намаля с 400 J
G. намаля с 200 J

2. Идеален газ е извършил работа, равна на 100 J, и е отдал количество топлина, равно на 300 J. Как се е променила вътрешната енергия?

А. се увеличи с 400 Дж
Б. се увеличи с 200 Дж
V. намаля с 400 J
G. намаля с 200 J

3. Идеален газ извърши работа, равна на 300 J. В същото време вътрешната енергия намаля с 300 J. Каква е стойността на количеството топлина в този процес?

А. дал 600 Дж
Б. дал 300 Дж
В. получил 300 Дж
Г. не е давала и не е получавала топлина.

4. Идеален газ извърши работа, равна на 300 J. В същото време вътрешната му енергия се увеличи с 300 J. Колко топлина получи газът?

А. дал 600 Дж
Б. дал 300 Дж
В. получил 600 Дж
Г. получил 300 Дж

В края на работата учениците проверяват работата си и се оценяват. (Отговорите се появяват на екрана)

B 2. C 3. D 4. C

Самостоятелна работа с учебника.

Първият закон на термодинамиката може да бъде написан много по-просто във връзка със специфични изопроцеси. Да ги запомним (изотермични, изобарни, изохорни). На масите пред вас има таблица, която трябва бързо да попълните. За удобство подобни концепции са отпечатани на хартия с един и същи цвят. Залепете листата директно върху масата. За да попълните последната колона, трябва да прочетете параграф 79.

След приключване на работата по групи следва проверка на дъската.

Адиабатен процес - групата, която първа завърши масата.

Етап на консолидация (Слайд 18)

Рефлексивно-оценъчен етап

В природата има непрекъснат и разнообразен обмен на енергия между отделните тела и техните системи. Общите закони на този обмен определят законите на термодинамиката. Днес се запознахте с първия закон, като сте преминали през определен път на познанието.

Да се ​​върнем към твърдението на Конфуций. Съгласни ли сте с древните

философ? Кой път беше най-лесният и най-трудният за вас? Има ли други мнения, забележки, мисли...

Обяснете значението на разбирането на първия закон на термодинамиката.

И така, нашият урок е към своя край. И аз ви моля да си поставите две оценки на работния лист по 5-бална скала - първата е колко ясен е материалът на урока; Колко активен бяхте в клас?

Фамилия име

1.Как научих материала?
- Придобити солидни знания, усвоен целия материал -5 точки.
- Частично усвоил новия материал - 4 точки.
- Не разбрах достатъчно, все още трябва да работя - 3 точки.
2.Как работих? Къде направи грешки? Доволни ли сте от работата си?
- Изпълних сам всички задачи, доволен съм от работата си – 5 точки.
- Допуснати грешки – 4 точки.
- Неуспешни 3 точки.
Формулирайте мнението си за урока, вашите желания.

Домашна работа: параграфи 78 и 79, упражнение 15 (1 и 2), обяснете експеримента,

Въпрос: Какво общо има работата на дизелов двигател с образуването на облак?

Съобщение "Дизелов двигател".

Допълнителни задачи:

1. Каква работа е извършена от хелий с тегло 0,4 kg при изобарно нагряване при 30 °C?

A) 5 kJ B) 10 kJ C) 15 kJ D) 20 kJ E) 25 kJ

2. Намерете промяната във вътрешната енергия на хелий с тегло 80 g при нагряване с 60 ºС?

A) 5 kJ B) 10 kJ C) 15 kJ D) 20 kJ E) 25 kJ

Труден въпрос"

Експериментирайте

На електрическата печка се поставя висока чаша с вода. Във водата има обърната епруветка, частично пълна с вода. Как ще се държи епруветката при нагряване на водата?

(Отговор: Докато течността се нагрява, въздухът в епруветката се затопля. Той се разширява и измества част от водата от епруветката. В резултат на това силата на гравитацията на системата, състояща се от епруветка и вода в тя намалява.Веднага щом силата на гравитацията стане по-малка от силата на плаваемост, ще настъпи издигане.След контакт на епруветката с външния въздух, тя ще се охлади малко.Въздухът ще се компресира и водата ще влезе в епруветката , епруветката ще потъне на дъното. И всичко това ще се повтори няколко пъти.)

Защо се случва това? Хубаво е да обясните всичко в тетрадка.

Благодаря ви за работата. И за да се увеличат знанията ви, ви давам подарък - интересна листовка. Оставям ви моя подарък мини вестник „Любопитно е, че...“. Вестникът съдържа любопитни факти от историята на 1-ви закон на термодинамиката (от списание „Квант” № 10, 1989 г.) След урока можете да се запознаете с интересни факти по темата на урока.

Статия „Как да превърнем енергията в работа“

Л.Д. Ландау

Човек се нуждае от машини, за това той трябва да може да създава движение - да движи бутала, да върти колела, да тегли вагони. Преместването на автомобили изисква работа. Как да го получите?

Работата възниква благодарение на енергията. Необходимо е да се отнеме енергия от тяло или система от тела - тогава ще се случи работа.

Рецептата е доста правилна, но все още не сме засегнали въпроса как да осъществим подобна трансформация. Винаги ли е възможно да се вземе енергия от тялото? Какви условия са необходими за това? Сега ще видим, че почти цялата налична енергия около нас е напълно безполезна: тя не може да бъде превърната в работа. Такава енергия по никакъв начин не може да бъде причислена към нашите енергийни резерви. Нека да го разберем.

Махалото, наклонено от равновесното си положение, рано или късно ще спре; Ръчно пуснатото колело на обърнат велосипед ще направи много обороти, но в крайна сметка също ще спре да се движи. Няма изключение от важния закон: всички тела около нас, които се движат спонтанно, в крайна сметка ще спрат. (Тук нямаме предвид равномерно постъпателно движение и равномерно движение на система от тела като цяло)

Ако има две тела - нагрято и студено, то топлината ще се предава от първото на второто, докато температурите се изравнят. Тогава преносът на топлина ще спре, състоянията на телата ще спрат да се променят. Ще се установи топлинно равновесие.

Няма такова явление, при което телата спонтанно да напускат състояние на равновесие. Не може да има такъв случай колело, стоящо на ос, да започне да се върти от само себе си. Също така не се случва мастилница, стояща на масата, да се нагрява сама.

Желанието за равновесие означава, че събитията имат естествен ход: топлината се движи от горещо тяло към студено, но не може спонтанно да се движи от студено тяло към горещо.

Механичната енергия на осцилиращото махало ще се преобразува в топлина поради съпротивлението на въздуха и триенето в окачването. При никакви обстоятелства обаче махалото няма да започне да се люлее поради наличната топлина в околната среда. Телата влизат в състояние на равновесие, но не могат спонтанно да го напуснат.

Същият закон за енергията показва каква част от енергията около нас е напълно безполезна. Това е енергията на топлинното движение на молекулите на тези тела, които са в състояние на равновесие. Такива тела не са в състояние да преобразуват енергията си в механично движение.

Тази част от енергията е огромна. Това е мъртва енергия...

...Знаем за опити за изграждане на „вечен двигател” („perpetuum mobile”), създаващ работа от нищото. Работейки с принципите на физиката, произтичащи от закона за запазване на енергията, е невъзможно да се опровергае този закон чрез създаване на вечен двигател (сега ще го наричаме вечен двигател от първи вид). Същата грешка правят малко по-хитри изобретатели, които създават дизайни на двигатели, които произвеждат механично движение поради простото охлаждане на средата. Този, уви, неосъществим двигател се нарича вечен двигател от втори вид. И тук се допуска логическа грешка, тъй като изобретателят се основава на законите на физиката, които са следствие от закона за склонността на всички тела към състояние на равновесие, и с помощта на тези закони той се опитва да опровергае основи, върху които се основават.

Така че, просто чрез премахване на топлина от средата, не може да се извърши работа. С други думи, система от тела, които са в баланс едно с друго, е енергийно стерилна.

Това означава, че за да се получи работа, е необходимо преди всичко да се намерят тела, които не са в равновесие със своите съседи. Само тогава ще бъде възможно да се извърши процесът на пренос на топлина от едно тяло към друго или превръщане на топлината в механична енергия.

Създаването на поток от енергия е необходимо условие за получаване на работа. По „пътеката“ на този поток е възможно да се преобразува енергията на телата в работа.

Следователно полезните за хората енергийни запаси включват енергията само на онези тела, които не са в баланс с околната среда.

Вижте съдържанието на документа
"интроспекция"

Проект за саморефлексия на урока

Пълно име на учителя Двоеглазова Любов Тимофеевна

Пълно заглавие OU MBOU Starozyatsinskaya средно училище Yakshur - Bodiinsky област

Предмет (форма на урока) физикаКлас (група) 10 UMK Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Соцки.

Тема на урока (урок) 1-ви закон на термодинамиката и приложението му към различни изопроцеси.

Дата на урока (клас)

Подпис на учителя.

Вижте съдържанието на презентацията
"презентация"

Вечен двигател- въображаемо устройство, способно безкрайно да извършва работа без потребление на гориво или други енергийни ресурси

Проектиране на вечен двигател на базата на закона на Архимед

Един от най-старите дизайни на вечен двигател

Три пътя водят до знанието:

• Пътят на размисъл е най-благородният път,

• Пътят на имитацията е най-лесният път,

• А пътят на опита е най-горчивият път.

Конфуций

древен мислител и философ на Китай

Нека да помислим!

проблем

Ключови понятия

Връзката между тях

ПЪРВИ ЗАКОН НА ТЕРМОДИНАМИКАТА

Един от основните принципи на термодинамиката, който по същество е законът за запазване на енергията, приложен към термодинамичните процеси.

МАЙЕР Юлиус Робърт (1814-78)

Немски натуралист, лекар. Той е първият, който формулира закона за запазване на енергията (еквивалентност на механичната работа и топлината) и теоретично изчислява механичния еквивалент на топлината (1842 г.).

ДЖУЛ(Джаул) Джеймс Прескот (1818-89)

английски физик. Той експериментално обосновава закона за запазване на енергията и определя механичния еквивалент на топлината. Установява закон, наречен закон на Джаул-Ленц. Открива (заедно с У. Томсън) ефект, наречен ефект на Джаул-Томсън.

Провежда серия от експерименти за изследване на взаимното преобразуване на механична енергия и топлина.

ХЕЛМХОЛЦ(Хелмхолц) Херман Лудвиг Фердинанд (1821 - 1894)

Немски учен, чуждестранен член-кореспондент на Петербургската академия на науките (1868). Автор на фундаментални трудове по физика, биофизика, физиология, психология. За първи път (1847) той математически обосновава закона за запазване на енергията, показвайки неговия универсален характер. Той разработи термодинамична теория на химичните процеси и въведе понятията за свободна и свързана енергия. Автор на фундаментални трудове по физиология на слуха и зрението.

Бенджамин Томпсън, граф Румфорд (26 март 1753 - 21 август 1814 )

Изобретен калориметър,

предложи дизайн фотометър .

Открили и изследвали феномена конвекция в газове и течности.

Той е известен с множество изобретения: Пожарна оригинален дизайн ("камина Rumford"). Смята се, че е изобретил симпатично мастило, кухненска печка, кафемашина, армейска полева кухня, тухлени пещи, система за парно отопление .

Може ли вътрешната енергия да се промени едновременно поради извършената работа и поради преноса на топлина?

Първи закон на термодинамикатае формулиран точно за такива общи случаи.

Първи закон на термодинамиката

Промяна във вътрешната енергия на термодинамична система равно на количество работа на външни сили И количеството топлина, предадено на системата.

Промяна във вътрешната енергия на системата

извършена работа по системата

 U = Q + А

Измерете промени във вътрешната енергия в ход върша работа е работа , и по мярка промени във вътрешната енергия V процес на пренос на топлина е количество топлина .

 U = Q + А

Q 0когато топлината се предава на системата

Q, когато топлината се отделя от системата

А 0когато газът е компресиран

И когато газът се разширява

A – работа на външни сили върху системата

промяна във вътрешната енергия на системата

пренос на топлина през границите на системата

работа, извършена от системата

Q =  U + А /

А / - работата на вътрешните сили

А = - А /

 U = Q + А

Изолирана система

  U = 0 ,

 U = U 2 -U 1 = 0

U 2 = U 1

Вътрешната енергия на изолирана система остава непроменена (запазена)

Мисля...

Как е формулиран първият закон на термодинамиката?

Можем ли да кажем: системата има резервно количество топлина?

Можем ли да кажем: системата има вътрешна енергия?

През 1775 г. Парижката академия на науките

Считайки, че проектите за вечни двигатели са неосъществими, той реши да не ги разглежда .

Първи закон на термодинамиката и изопроцеси

Изотермичен

Q = ΔU + A

Изобарна

Изохоричен

Адиабатен

• § 78.79
• с. 236, Пр. 15 (1, 2)
• Какво е общото между работата на дизелов двигател и образуването на облаци?
• Съобщение "Дизелов двигател"

Подготовка за работа в групи.

Работа с класа (устно).

Какво е вътрешна енергия?

Как можете да промените вътрешната енергия на газ?

Как да определим количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото?

Напишете уравнението на топлинния баланс за три тела.

Кога количеството топлина е отрицателно?

Как да определим работата, извършена от газ по време на разширение?

По какво се различава работата на газа от работата на външните сили?

Формулирайте първия закон на термодинамиката за работата на външните сили.

Формулирайте първия закон на термодинамиката за работата на газа.

Приложение на първия закон на термодинамиката към изохорен процес.

Приложение на първия закон на термодинамиката към изобарен процес.

Приложение на първия закон на термодинамиката към изотермичен процес.

Какъв процес се нарича адиабатен?

Приложение на първия закон на термодинамиката към адиабатния процес.

Работа в групи.

Всяка група получава лист, на който са посочени теоретични задачи и задачи. Теоретичната част съдържа пет въпроса. Групата взема въпроса, съответстващ на нейния номер, за да се подготви за отговора. Практическата част съдържа десет задачи, по две по всяка от зададените теми на теория. Задачите са подредени на случаен принцип. Това означава, че студентите първо трябва да намерят проблеми, които отговарят на техния теоретичен въпрос, след което да ги решат. Допълнителни данни за решаване на задачи се вземат от справочници.

След като групите приключат работата си, двама ученика се извикват последователно от всяка група: единият отговаря на теорията, другият пише кратко изложение на един проблем на дъската. (Друга задача от тази група може да бъде тествана избирателно в същия или в следващия урок.) Всички членове на групата трябва да могат да отговорят на теорията и да обяснят задачите; Насърчава се използването на допълнителен материал в теоретичната част.

Всички ученици пишат задачи в тетрадките си.

Ясната организация на работата води до активна дейност на всички деца. В края на урока координаторите на групата предават листове, на които отбелязват приноса на членовете на групата към нейната работа.

Дейностите на групите и отделните ученици се оценяват окончателно от учителя.

Примерен лист.

1. Изохоричен процес.
2. Изотермичен процес.
3. Изобарен процес.
4. Адиабатен процес.
5. Пренос на топлина в затворена система.

1. В цилиндъра под буталото има 1,25 kg въздух. За да се нагрее до 4 0 C при постоянно налягане, са изразходвани 5 kJ топлина. Определете промяната във вътрешната енергия на газа.
2. 0,02 kg въглероден диоксид се нагрява при постоянен обем. Определете промяната във вътрешната енергия на газа при нагряване от 20 0 C до 108 0 C (c = 655 J/(kg K)).
3. В термично изолиран цилиндър с бутало има азот с тегло 0,3 kg при температура 20 0 C. Азотът, разширявайки се, извършва работа 6705 J. Определете промяната във вътрешната енергия на азота и неговата температура след разширяване (c = 745 J/(kg K)).
4. На газа се предава известно количество топлина, в резултат на което той се разширява изотермично от обем 2 литра до обем 12 литра. Първоначалното налягане е 1,2 10 6 Pa. Определете работата, извършена от газа.
5. Определено количество живак при 100 0 C се изсипва в стъклена колба с тегло 50 g, която съдържа 185 g вода при 20 0 C, и температурата на водата в колбата се повишава до 22 0 C. Определете масата на живака .
6. 1,43 kg въздух заема обем от 0,5 m 3 при 0 0 C. Определено количество топлина беше предадено на въздуха и той се разшири изобарно до обем от 0,55 m 3. Намерете извършената работа, количеството погълната топлина, изменението на температурата и вътрешната енергия на въздуха.
7. В цилиндъра под буталото има 1,5 кг кислород. Буталото е неподвижно. Какво количество топлина трябва да се предаде на газа, за да се повиши температурата му с 8 0 C? Каква е промяната във вътрешната енергия? (с v = 675 J/(kg K))
8. Цилиндърът под буталото съдържа 1,6 kg кислород при температура 17 0 C и налягане 4·10 5 Pa. Газът работи с изотермично разширение от 20 J. Колко топлина се предава на газа? Каква е промяната във вътрешната енергия на газа? Какъв беше първоначалният обем газ?
9. Колко топлина ще се отдели, когато 0,2 kg водна пара с температура 100 0 C се кондензира и получената от нея вода се охлади до 20 0 C?
10. Газовата бутилка е поставена в термоустойчив корпус. Как ще се промени температурата на газа, ако обемът на цилиндъра постепенно се увеличава? Каква е промяната във вътрешната енергия на газа, ако върху газа се извърши работа с 6000 J?

Цели на урока:

• образователен:
въведе първия закон на термодинамиката като закон за запазване на енергията на термодинамична система, разкрие физическото му съдържание при разглеждане на конкретни процеси, продължи да развива уменията за описване на топлинни процеси с помощта на физични величини и закони;
• развитие:
развитие на паметта, скоростта на реакцията, креативността, способността за прилагане на придобитите знания на практика, развитие на познавателния интерес.
• образователен:
формиране на комуникативни качества, култура на общуване, култивиране на мирогледа на учениците въз основа на метода на научното познание на природата, култивиране на наблюдение, култивиране на решителност, постоянство в постигането на целта.

Оборудване на урока: на всяка маса има епруветка със студена вода, термометър, хартия, радиатор, течен манометър, работни листове, мултимедиен проектор, компютър, екран.

По време на часовете

1. Организационен момент. Поздрави, готовност за урока.

2. Актуализиране на основни знания.

Учениците изпълняват тестови задачи по варианти.

Опция 1

1. Брауновото движение е:

А) термично движение на частици, суспендирани в течност (или газ);

Б) хаотично движение на частици, суспендирани в течност;

Б) подредено движение на течните молекули;

Г) подредено движение на частици, суспендирани в течност.

2. Коя от формулите по-долу ви позволява да изчислите средната кинетична енергия на постъпателното движение на газовите молекули: A) p=nkT; B) E=3/2kT; B) p=1/3m 0 nv 2

3. Как ще се промени налягането на идеален газ, когато абсолютната температура се удвои и обемът се удвои? (газовата маса не се променя)

А) ще се увеличи 4 пъти; Б) ще намалее 4 пъти; Б) няма да се промени; Г) ще се увеличи 2 пъти.

4. Процесът на изменение на термодинамична система при постоянно налягане се нарича: А) изотермичен; Б) изохоричен; Б) изобарна.

5. Кой израз отговаря на закона на Бойл-Мариот:

A) V/T = const; B) pV = const; B) p/T = const; D) pT = const.

6. Фигурата показва графика на p(V), m = const. Какъв процес на промяна на газа е показан на фигурата?

А) изотермично разширение; Б) изобарно разширение; Б) изобарна компресия; Г) изохорно нагряване.

Вариант 2

1. Коя от следните разпоредби противоречи на основите на ИКТ:

А) веществото се състои от молекули;

Б) молекулите на едно вещество се движат хаотично;

В) всички молекули взаимодействат една с друга;

Г) всички молекули на едно вещество имат еднаква скорост.

2. Коя от следните формули ви позволява да изчислите броя на частиците:

A) N=vN a; B) v=m/M; B) p=nkT.

3. Как ще се промени налягането на идеален газ, ако броят на молекулите на газа и обемът му се удвоят, а температурата остане непроменена?

А) ще се увеличи 2 пъти; Б) ще намалее 2 пъти; Б) ще се увеличи 4 пъти; Г) няма да се промени.

4. Вътрешната енергия на моноатомен идеален газ е равна на:

A) U=mRT/M; B)U=m|M N a; B) U=3|2 v RT; D) U=V|m RT.

5. Газ, взаимодействието между неговите молекули е незначително, се нарича:

А) истински; Б) абсолютна; Б) идеален; Г) безплатно.

6. Фигурата показва графика на p(T), m=const. Какъв процес на промяна на газа е показан на фигурата?

А) изохорно нагряване; Б) изохорно охлаждане; Б) изотермично разширение;

Г) изобарно разширение.

3. Фронтален опит „Промяна във вътрешната енергия на тялото при извършване на работа.“ Слайд за приложение 2.

Оборудване и материали: химическа епруветка, лабораторен термометър, мерителен цилиндър със студена вода, лист хартия.

Работен ред:

1.Налейте 10 ml вода в епруветка и измерете температурата й.

2. Затворете епруветката със запушалка (или с палеца си, ако няма запушалка) и я увийте в хартия. Разклатете енергично водата в епруветката в продължение на 40 секунди (отбележете времето с помощта на хронометъра на вашия часовник или мобилен телефон).

3. Отворете епруветката и измерете отново температурата на водата.

4. Отговорете на въпросите:

а) Как се промени вътрешната енергия на водата по време на експеримента?

б) Как променихте вътрешната енергия на водата в експеримента?

в) Защо е трябвало епруветката с вода да бъде увита в хартия по време на експеримента?

г) Какво може да се каже за зависимостта на изменението на вътрешната енергия на тялото от извършената работа?

4. Изучете нова тема

До средата на 19 век многобройни експерименти показват че механичната енергия никога не изчезва безследно. Приложение Слайд 3

Нагряването на тялото може да се случи, без да му се предава никакво количество топлина, а само чрез извършване на работа. . Това явление е наблюдавано в голям мащаб през 1798 г. от Б. Румфорд. При пробиване на дуло на оръдие, което се извършва с помощта на коне, въртящи голяма бормашина, Румфорд успява да свари котел с вода, поставен върху дулото. Rumfoord предположи, че водата се нагрява по време на работата, извършена по време на сондирането.

Как можете да запалите огън, като използвате сухи парчета дърво, тоест да загреете дървото до температура над температурата му на запалване?

Повишаването на телесната температура може да бъде причинено както от извършването на работа, така и от преноса на топлина. Приложение Слайд 4.

Закон за запазване на енергията в механиката:

Енергията в природата не възниква от нищото и не изчезва: количеството енергия е непроменено, то само преминава от една форма в друга. (Например, чук пада върху парче олово и оловото се нагрява - потенциалната енергия на чука се превръща в кинетична енергия, след това механичната енергия се превръща във вътрешна енергия на тялото).

Законът за запазване и трансформация на енергията, разширен към топлинните явления, се нарича първи закон на термодинамиката.

Приложение Слайд 5.

Термодинамиката разглежда тела, чийто център на тежестта остава практически непроменен. Механичната енергия на такива тела остава постоянна; само вътрешната енергия на всяко тяло може да се промени. Първият закон на термодинамиката е открит в средата на 19 век от немския учен лекар Майер (1814-1878), английския учен Д. Джаул (1818 - 1889) и получава най-точна формулировка в трудовете на немския учен Хелмхолц (1821-1894).

В общия случай, когато системата преминава от едно състояние в друго, вътрешната енергия се променя едновременно както поради извършената работа, така и поради преноса на топлина.

Първият закон на термодинамиката: Промяната във вътрешната енергия на системата по време на нейния преход от едно състояние в друго е равна на сумата от работата на външните сили и количеството топлина, предадена на системата:

Ако системата е изолирана (затворена), тоест върху нея не се извършва работа (A = 0) и тя не обменя топлина с околните тела (Q = 0). Тогава в този случай, съгласно първия закон на термодинамиката, U = 0 (U 1 = U 2).

Вътрешната енергия на изолирана система остава непроменена (запазена).

Като се има предвид, че A / = - A, получаваме Q=A / +U

Количеството топлина, предадено на системата, отива за промяна на нейната вътрешна енергия и за извършване на работа върху външни тела от системата.

5. Формиране на умения и способности: Приложение Слайд 6

1. Идеален газ получи количество топлина, равно на 300 J, и извърши работа, равна на 100 J. Как се промени вътрешната енергия на газа?

А. се увеличи с 400 Дж
Б. се увеличи с 200 Дж
V. намаля с 400 J
G. намаля с 200 J

2. Идеален газ е извършил работа, равна на 100 J, и е отдал количество топлина, равно на 300 J. Как се е променила вътрешната енергия?

А. се увеличи с 400 Дж
Б. се увеличи с 200 Дж
V. намаля с 400 J
G. намаля с 200 J

3. Идеален газ извърши работа, равна на 300 J. В същото време вътрешната енергия намаля с 300 J. Каква е стойността на величината в този процес?

А. дал 600 Дж
Б. дал 300 Дж
В. получил 300 Дж
Г. не е давала и не е получавала топлина.

Приложение Слайд 7

4. Идеален газ е извършил работа, равна на 300 J. В същото време вътрешната му енергия

А. дал 600 Дж
Б. дал 300 Дж
В. получил 600 Дж
Г. получил 300 Дж

В края на работата учениците проверяват работата си и се оценяват. (Отговорите се появяват на екрана) Приложение Слайд 8.

Възможно ли е да се създаде устройство "вечен двигател"?

Невъзможността за създаване на вечен двигател - устройство, способно да извършва неограничено количество работа без консумация на гориво или други материали. Ако към системата не се подава топлина (Q = 0), тогава работете A / според първия закон на термодинамиката Q=A / + Uможе да се осъществи само поради намаляване на вътрешната енергия: A / = - U.След изчерпване на енергийния резерв двигателят спира да работи.

Не може да се каже, че една система съдържа определено количество топлина или работа. Както работата, така и количеството топлина са величини, които характеризират промяната във вътрешната енергия на системата в резултат на определен процес и тези количества се изразяват в джаули. Вътрешната енергия на една система може да се променя еднакво както поради работата, извършена от системата, така и поради предаването на каквото и да е количество топлина към околните тела. Например, нагрятият въздух в цилиндър може да намали енергията си чрез охлаждане, без да извършва никаква работа. Но може да загуби точно същото количество енергия чрез движение на буталото, без да предава топлина на околните тела. За да направите това, стените на цилиндъра и буталото трябва да са топлоустойчиви.

Извод: Невъзможно е да се създаде „вечен двигател“!

6. Обобщаване. Домашна работа. § 56 задачи № 3, 4.

Целта на урока:изучават практическото приложение на първия закон на термодинамиката към газовите процеси.

Задачи.

образователен:

• показват прехода от общото знание на първия закон на термодинамиката към специфичните газови закони;
• обмислят приложението на придобитите знания при решаване на конкретни проблеми;
• показват необходимостта от прехвърляне на знания по математика към други предмети, по-специално физика;

развитие:

• развиват уменията да сравняват, анализират, обобщават и правят изводи;
• развиват способността за прехвърляне на знания и умения в нова нестандартна ситуация;

образователен:

• повишаване на интереса към физиката като наука, която обяснява огромен брой заобикалящи явления и съчетава знанията на много други науки;
• развиват комуникационни и бизнес умения при работа в малки групи.

Изтегли:

Преглед:

Общинско бюджетно учебно заведение

СОУ No4

Ак-Довурак

Приложение на първия закон на термодинамиката към различни процеси

Урок по физика

10 клас

„Приложение на първия закон на термодинамиката към различни процеси“

учителят по физика Кужугет М.Ш.

Ак-Довурак-2017

Целта на урока: изучават практическото приложение на първия закон на термодинамиката към газовите процеси.

Задачи.

образователен:

• показват прехода от общото знание на първия закон на термодинамиката към специфичните газови закони;
• обмислят приложението на придобитите знания при решаване на конкретни проблеми;
• показват необходимостта от прехвърляне на знания по математика към други предмети, по-специално физика;

развитие:

• развиват уменията да сравняват, анализират, обобщават и правят изводи;
• развиват способността за прехвърляне на знания и умения в нова нестандартна ситуация;

образователен:

• повишаване на интереса към физиката като наука, която обяснява огромен брой заобикалящи явления и съчетава знанията на много други науки;
• развиват комуникационни и бизнес умения при работа в малки групи.

Оборудване: компютър, мултимедиен проектор.

План на урока

1. Организационен момент.

2. Фронтално проучване и изучаване на нов материал.

Подготовка на учениците за изучаване на нова тема чрез повтаряне на предишната.

• Какви изопроцеси познавате?
• Кои макро параметри могат да бъдат непроменени?
• Определете съответствието между името на изопроцеса и съответния закон

• Определете съответствието между името на изопроцеса и съответната графика

Нека поставим всичко, за което току-що говорихме, под формата на таблица, повтаряйки всичко отново за всеки процес.

Нека се запознаем с още един процес, за който не сме говорили досега.

Адиабатен процес. Процес, извършван без топлообмен с околната среда Q = 0.

Формулировка: Промяната във вътрешната енергия на газ възниква чрез извършване на работа. Нека запишем необходимите неща в необходимите клетки на нашата таблица и да разгледаме илюстрацията на този закон.

• Въпрос към класа: Формулирайте първия закон на термодинамиката?

(Отговор: Енергията в природата не възниква от нищото и не изчезва: количеството енергия е непроменено, то само преминава от една форма в друга. Законът за запазване и трансформация на енергията, разширен към топлинните явления, се нарича първи закон на термодинамиката).

• Какво показва? (Отговор: от какви количества зависи промяната на вътрешната енергия)

Q = U + A 1

Количеството топлина, предадено на системата, отива за промяна на нейната вътрешна енергия и за извършване на работа върху външни тела от системата)

Сега нека попълним последните редове на нашата таблица. Нека напишем първия закон на термодинамиката за всеки изопроцес. Тези формули не трябва да се запомнят, но винаги могат да бъдат извлечени от първия закон на термодинамиката, ако разбирате смисъла. Попълнихме таблица, която съдържа кратка информация за всеки процес, описание, формули и формулировки. Как се променя вътрешната енергия на тялото при охлаждане?

(Отговор: U намалява)

2) Газът в съда е бил компресиран, извършвайки работа от 30 J. Вътрешната енергия на газа се е увеличила с 25 J. Какво се е случило с газа?

(Отговор: отделеният газ Q = 5 J в околната среда)

Идеален газ се прехвърля от състояние 1 в състояние 3, защото показано на графиката. Каква е работата, извършена от газа? (Отговор: 2P 0 V 0 )

4. Самостоятелно решаване на проблема

Проблем: Във вертикално разположен цилиндър под буталото има газ с T = 323 K, заемащ обем V 1 = 190 см 3 . Маса на буталото M=120 kg, площ S=50 cm 2 . Атмосферно налягане p 0 = 100 kPa. Газът се нагрява при Т=100 К.

А . Определете налягането на газа под буталото.

б. Колко ще се промени обемът, зает от газа след нагряване?

IN. Намерете работата, извършена от газа по време на разширение.

Обобщаване на решението на проблема и работа в урока. Оценяване:

5. Домашна работа.§ 81 от учебника.

• Упражнение 15 (8, 9).
• Научете таблицата.

6. Рефлексия. На всеки ученик се дава усмихнато лице и на него е нарисувана необходимата усмивка. Въз основа на броя усмивки можете да отговорите на въпроса: Успешен ли беше този урок?

Литература

1. Мякишев Г. Я., Б. Б. Буховцев, Н. Н. Соцки. Физика-10: Учебник за 10 клас на общообразователните институции. – М.: Образование, 2005.
2. Небукин Н.Н. Сборник задачи за ниво по физика. М.: Образование, 2006.
3. Единен държавен изпит 2008 г. Физика. Федерална банка за изпитни материали. Comp. Демидова М.Ю., Нурмински И.Н. – М.: Ексмо, 2008.
4. Цифрови образователни ресурси .
5. Разработване на урок за учителя по физика S.N. хуцил.