"uporaba prvega zakona termodinamike na izoprocese v plinih." Predstavitev za lekcijo "Prvi zakon termodinamike. Uporaba prvega zakona termodinamike v toplotnih procesih" Lekcija fizike prvi zakon termodinamike

Vprašanja za pregled:

• Kaj je notranja energija?
• Poimenujte načine za spreminjanje notranje energije.
• Kako določiti delo plina?
• Kako določiti količino toplote?
• Pojasnite fizikalni pomen določenih količin.

Sprememba notranje energije sistema pri njegovem prehodu iz enega stanja v drugo je enaka vsoti dela zunanjih sil in količine toplote, ki je bila predana sistemu.

• Količina toplote, ki se prenese v sistem, se porabi za opravljanje dela sistema in spreminjanje njegove notranje energije

• Izotermični proces

(T = const) :  U =0

Ker ΔT=0, Δ U=0 in nato Q= A.

Če Q

Uporaba prvega zakona termodinamike na izoprocese

• Izobarni proces:

(p = konst, Δp=0 )

A = str  V = vR  T

Izohorni proces.

1. Kaj je izohorni proces?

2. Ker ΔV=0, → A=0 →ΔU=Q

• Če je Q 0, potem je ΔU 0 – plinsko ogrevanje, če je Q

Uporaba prvega zakona termodinamike na izoprocese

• Izohorni proces:

( V = const): A = 0

Ker ΔV=0, nato A=0 in ΔU=Q

Če Q0, potem Δ U0 – ogrevanje s plinom, če Q

Uporaba prvega zakona termodinamike na izoprocese

• Adiabatni proces: proces, ki poteka brez izmenjave toplote z okoljem.

Q=0

Temperatura se spreminja le zaradi opravljenega dela

Adiabatski proces

• Vse hitre procese in procese, ki potekajo v toplotno izoliranem okolju, lahko štejemo za adiabatne.

Adiabat je strmejši od katere koli izoterme, ki ga seka

Termodinamika cikličnega procesa.

Za poljuben ciklični proces 1–2–3–4–1 delo, ki ga opravi plin med ciklom, je številčno enako površini figure, omejene s cikličnim diagramom v koordinatah str – V

Nepovratnost procesov v naravi .

• Ireverzibilni - procesi, ki se lahko spontano pojavijo samo v eni smeri. V nasprotni smeri pa se lahko pojavijo le kot eden od členov kompleksnejšega procesa.

Kaj se zgodi z nihanjem nihala skozi čas?

• Vsi procesi v naravi NEPOVRATNO!

II zakon termodinamike.

• Clausiusova formulacija(1850): proces, pri katerem bi toplota spontano prehajala z manj segretih teles na bolj segreta telesa, ni mogoč.
• Thomsonova formulacija(1851): nemogoč je krožni proces, katerega edini rezultat bi bila proizvodnja dela zaradi zmanjšanja notranje energije.
• Clausiusova formulacija(1865): vsi spontani procesi v zaprtem neravnovesnem sistemu potekajo v smeri, v kateri se povečuje entropija sistema; v stanju toplotnega ravnotežja je največja in konstantna.
• Boltzmannova formulacija(1877): zaprt sistem številnih delcev spontano prehaja iz bolj urejenega stanja v manj urejeno. Sistem ne more spontano zapustiti ravnotežnega položaja. Boltzmann je uvedel kvantitativno mero nereda v sistemu, sestavljenem iz številnih teles - entropija .

Tehnološki zemljevid lekcije pri učenju novega materiala

Podatki o učitelju: Dvoeglazova Lyubov Timofeevna, na voljo najvišja in zahtevana najvišja kategorija, MBOU Starozyatsinsky srednja šola Yakshur - okrožje Bodino.

Predmet: Učbenik za 10. razred fizike (UMK): Myakishev G. Ya. Bukhovtsev B. B., Sotsky N. N., Fizika 10. razred M. Izobraževanje 2008

Tema lekcije: Prvi zakon termodinamike in njegova uporaba pri izoprocesih

Vrsta lekcije: lekcija učenja novega materiala

Oprema 1. Računalnik, projektor, 1) Listi z nalogami, 3) Listi z opisom laboratorijskih vaj,

4) Predstavitev "1. zakon termodinamike."

Značilnosti učnih zmožnosti in prejšnjih dosežkov učencev v razredu, za katerega je učna ura namenjena:

Učenci imajo predstavo o notranji energiji telesa, delu plina in delu zunanjih sil ter poznajo formule za njihov izračun.

Študentje govorijo

regulativni UUD:

- s skupnimi močmi spremeniti praktično nalogo v izobraževalno-spoznavno (2. stopnja);

kognitivni UUD

prepoznati načine reševanja problemov pod vodstvom učitelja (1. stopnja);

postavljati hipoteze in graditi iskalno strategijo pod vodstvom učitelja (1. stopnja);

oblikovati novo znanje s skupnimi prizadevanji skupine (raven 2);

povzeti pridobljene podatke.

komunikacijski UUD:

- sodelovati pri kolektivni razpravi o problemih (raven 2);
- predstaviti določeno vsebino ter jo ustno in pisno posredovati (3. stopnja).

osebni UD:

- kažejo trajno kognitivno zanimanje za novo učno gradivo (raven 2).

Cilji pouka kot načrtovani učni rezultati, načrtovana stopnja doseganja ciljev:

"Lekcija."

Oglejte si vsebino dokumenta
"povzetek lekcije"

Tema: “Prvi zakon termodinamike in njegov

uporaba v različnih izoprocesih.«

Lekcija učenja novega znanja.

Cilji lekcije:

Izobraževalni:

Zagotoviti razumevanje zakona o ohranitvi in ​​transformaciji energije za toplotne procese – prvi zakon termodinamike;

Prikaz prehoda od splošnega poznavanja prvega zakona termodinamike do specifičnih plinskih zakonov;

Razmislite o uporabi pridobljenega znanja pri reševanju konkretnih problemov.

Izobraževalni:

povečati zanimanje za fiziko kot vedo, ki pojasnjuje ogromno okoliških pojavov in združuje znanja mnogih drugih ved;

razvijati komunikacijske in poslovne sposobnosti pri delu v majhnih skupinah;

gojiti pogled na svet in enotno fizično sliko sveta;

Vzgojiti disciplino in odgovoren odnos do študijskega dela;

Razvojni:

Razviti sposobnosti primerjanja, analiziranja, posploševanja in sklepanja;

Spodbujati razvoj sposobnosti primerjanja dejstev; svoj odgovor sestavite logično in jedrnato; sistematizirati učno gradivo.

Razviti logično razmišljanje, inteligenco in računalniške sposobnosti učencev pri reševanju problemov.

Širiti politehnična obzorja študentov.

Oprema: projektor, računalnik, predstavitev, Whatman papir za izpolnjevanje tabele, epruveta z vodo, termometer, kuhalna plošča, čaša z vodo, epruveta.

Napredek lekcije.

Motivacijsko-ciljna stopnja.

Fantje, kaj se vam porodi, ko slišite besedo "nevihta"? In spomnim se istoimenske drame Ostrovskega, v kateri je eden od glavnih likov, verjetno zelo pameten človek, ustvarjal perpetuum mobile. kaj je Tako je, to so večni gibalniki – namišljena naprava, ki lahko neskončno opravlja delo brez porabe goriva ali drugih virov energije. Nekateri projekti so bili prav duhoviti. (diapozitiva 1 in 2).

Ali je mogoče ustvariti večni stroj? Zakaj? Lahko podate utemeljeno razlago? Ni dovolj znanja, znanja.

Koliko poti po vašem mnenju vodi do znanja? Starodavni kitajski mislec in filozof Konfucij je trdil, da obstajajo trije.

Do znanja vodijo tri poti:

In pot izkušenj je najbolj grenka pot. (slide 3)

Danes bomo morali pri pouku prehoditi vse te poti in se strinjati, ali morda podvomiti o resničnosti te trditve.

Vsak od vas ima na mizi delovno karto. Prosim vas, da se seznanite z delovno kartico in jo izpolnite, ko se premikate po stopnjah.

Približna stopnja.

Poskusimo torej dokazati nezmožnost ustvarjanja večnega gibalca. Natančneje, z uporabo zakonov fizike (diapozitiv 4).

Katere ključne pojme naj uporabimo pri tem?

Motor dela - dela

zaradi česa? – zaradi energije, količine toplote.

Kaj se zgodi s termodinamičnim sistemom, če mu prenesemo določeno količino toplote? Lahko spremeni svojo notranjo energijo.

Tako smo identificirali ključne pojme, ki jih potrebujemo v današnji lekciji.

Ponovimo jih, nato pa poskusimo ugotoviti, zakaj ni mogoče ustvariti večnega gibalca.

Faza iskanja in raziskovanja.

Ustno spraševanje komisije.

Notranja energija.

Delo v termodinamiki.

Majhno praktično delo hkrati (2-3 osebe)

"Izračun sprememb notranje energije telesa pri delu."

Naprave in materiali: 1) kemična epruveta, zaprta z zamaškom; 2) laboratorijski termometer od 0 do 100 °C; 3) posoda s hladno vodo; 4) list papirja; 5) tabela »Specifična toplotna kapaciteta snovi, brizga

Delovni nalog

V epruveto z brizgo nalijemo nekaj vode (8-10 g) in izmerimo temperaturo

Epruveto zapremo z zamaškom in zavijemo v papir. Vodo v epruveti močno stresajte 30-40 sekund.

Odprite epruveto in ponovno izmerite temperaturo vode.

Izračunajte spremembo notranje energije vode.

Rezultate meritev in računanja zapiši v zvezek in na tablo.

Odgovori na vprašanja:

Kako se je med poskusom spremenila notranja energija vode?

Kako ste v poskusu spremenili notranjo energijo vode?

Zakaj je bilo treba epruveto z vodo med poskusom zaviti v papir?

Kaj lahko rečemo o odvisnosti sprememb notranje energije telesa od opravljenega dela?

Kako drugače bi lahko spremenili notranjo energijo vode brez dela?

Preučevanje nove teme.

Delo s predstavitvijo. (diapozitivi 5-8)

Zakon o ohranitvi energije se je razširil na toplotne pojave imenujemo prvi zakon termodinamike.

Zgodovina odkritja tega zakona je bila zelo zanimiva. Leta 1798 je minister za notranje zadeve Bavarske, grof B. Rumfoord, izvedel poskus. (slide 9) V tistih časih so puške izdelovali tako. Cevi topov so bile ulite iz staljene kovine, v notranjosti pa ni bilo kanalov za topovske krogle. Kasneje so jo izvrtali - z ogromnimi vrtalnimi stroji, ki so jih poganjali konji. Rumfoord je opazil, da so se sodi med vrtanjem zelo segreli. Rumfoord je domneval, da je vzrok segrevanja trenje svedra ob topovsko cev, torej opravljanje mehanskega dela. Da bi preizkusil to domnevo, se je Rumfoord odločil povečati silo trenja. Da bi to naredil, je vzel dolgočasen sveder in postavil topovsko cev v sod z vodo. Dve uri in pol pozneje je na veliko začudenje prič tega veličastnega poskusa voda začela vreti!

Na podlagi znanja fizike, pridobljenega v prejšnjih učnih urah, razložite, zakaj voda vre.

Na kakšen način se lahko spremeni notranja energija plina?

Opraviti delo

V tem primeru se mora prostornina plina spremeniti (pri širjenju deluje plin na okoliška telesa, npr. premika bat; pri stiskanju pa okoliška telesa delujejo na plin);

Prenos toplote Q

Od plina do okoliških teles ali, nasprotno, od okoliških teles do plina.

(Slide 10 -14)

Izoliran sistem. A = 0, Q = 0 Þ DU = 0, DU = U2 – U1 = 0 Þ U2 = U1. Notranja energija izoliranega sistema ostane nespremenjena (ohranjena).

Večni gibalni stroj. (lat. perpetuum mobile - perpetuum mobile). Perpetum mobile 1. vrste je namišljen, neprekinjeno delujoč stroj, ki bi po zagonu opravljal delo brez prejemanja energije od zunaj. Perpetum mobile 1. vrste je v nasprotju z zakonom o ohranitvi in ​​transformaciji energije in je zato neizvedljiv. (Velika enciklopedija Cirila in Metoda).

Stroj, ki bi dal več energije, kot je prejel.

Mehanizem (naprava), ki se nenehno premika in poleg tega opravlja nekaj koristnega dela, ne da bi zapravljal gorivo ali druge materiale.

Naprava, ki bi lahko opravila neomejeno količino dela brez izgube energije.

Q = 0 (sistemu ni dovedena energija) Þ A = -DU (Q = DU + A) tj. delo poteka zaradi izgube energije. Toda ko je energija izčrpana, bo motor prenehal delovati.

(Slide 18 in 19).

Praktična faza

1. Primarno utrjevanje znanja. Opravljanje testnega dela.

1. Idealni plin je prejel količino toplote 300 J in opravil delo 100 J. Kako se je spremenila notranja energija plina?

A. povečala za 400 J
B. povečala za 200 J
V. zmanjšal za 400 J
G. se je zmanjšal za 200 J

2. Idealni plin je opravil delo 100 J in oddal količino toplote 300 J. Kako se je spremenila notranja energija?

A. povečala za 400 J
B. povečala za 200 J
V. zmanjšal za 400 J
G. se je zmanjšal za 200 J

3. Idealni plin je opravil delo 300 J. Hkrati se je notranja energija zmanjšala za 300 J. Kakšna je vrednost količine toplote pri tem procesu?

A. je dal 600 J
B. je dal 300 J
V. prejel 300 J
G. ni dajal ali prejemal topline.

4. Idealni plin je opravil delo 300 J. Hkrati se je njegova notranja energija povečala za 300 J. Koliko toplote je prejel plin?

A. je dal 600 J
B. je dal 300 J
V. prejel 600 J
G. je prejel 300 J

Ob koncu dela učenci preverijo svoje delo in se ocenijo. (odgovori se prikažejo na zaslonu)

B 2. C 3. D 4. C

Samostojno delo z učbenikom.

Prvi zakon termodinamike lahko zapišemo veliko preprosteje glede na specifične izoprocese. Spomnimo se jih (izotermne, izobarne, izohorne). Na mizah pred vami je tabela, ki jo boste morali hitro izpolniti. Zaradi udobja so podobni koncepti natisnjeni na papirju iste barve. Liste prilepite neposredno na mizo. Če želite izpolniti zadnji stolpec, morate prebrati odstavek 79.

Po končanem delu v skupinah sledi preverjanje na tabli.

Adiabatni proces - skupina, ki je prva končala mizo.

Stopnja konsolidacije (Slide 18)

Reflektivno-ocenjevalna stopnja

V naravi poteka stalna in raznolika izmenjava energije med posameznimi telesi in njihovimi sistemi. Splošni zakoni te izmenjave določajo zakone termodinamike. Danes ste se seznanili s prvim zakonom, ko ste šli skozi določeno pot znanja.

Vrnimo se k izjavi Konfucija. Ali se strinjate s starodavno

filozof? Katera pot je bila za vas najlažja in katera najtežja? Ali obstajajo še kakšna druga mnenja, pripombe, misli ...

Pojasnite pomen razumevanja prvega zakona termodinamike.

Tako se naša lekcija bliža koncu. In prosim vas, da si na delovnem listu podate dve oceni na 5-stopenjski lestvici - prva je, kako jasna je učna snov; Kako aktivni ste bili pri pouku?

Priimek, ime

1.Kako sem se naučil snov?
- Pridobljeno solidno znanje, obvlada vso snov -5 točk.
- Delno obvlada novo snov - 4 točke.
- Nisem dovolj razumel, moram še delati - 3 točke.
2. Kako sem delal? Kje ste delali napake? Ali ste zadovoljni s svojim delom?
- Sam sem opravil vse naloge, z delom sem zadovoljen – 5 točk.
- Storjene napake – 4 točke.
- Neuspešne 3 točke.
Oblikujte svoje mnenje o lekciji, svoje želje.

domača naloga: odstavek 78 in 79, vaja 15 (1 in 2), razloži izkušnjo,

Vprašanje: Kaj ima delovanje dizelskega motorja skupnega z nastankom oblakov?

Sporočilo "Dizelski motor".

Dodatne naloge:

1. Kakšno delo je opravil helij z maso 0,4 kg pri izobaričnem segrevanju na 30 °C?

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

2. Poiščite spremembo notranje energije helija, ki tehta 80 g, ko se segreje za 60 ºС?

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

Vprašanje "Na zasipu"

Eksperimentirajte

Na električni štedilnik postavimo visoko čašo z vodo. V vodi je obrnjena epruveta, delno napolnjena z vodo. Kako se bo obnašala epruveta pri segrevanju vode?

(Odgovor: Ko se tekočina segreje, se zrak v epruveti segreje. Razteze se in izpodrine nekaj vode iz epruvete. Posledično se sila težnosti sistema, ki ga sestavljata epruveta in voda v Takoj, ko sila težnosti postane manjša od sile vzgona, se bo po stiku epruvete z zunanjim zrakom nekoliko ohladil in voda bo vstopila v test epruveto, bo epruveta potonila na dno in vse to se bo večkrat ponovilo.)

Zakaj se to dogaja? Lepo je vse razložiti v zvezku.

Hvala za vaše delo. In da se bo vaše znanje še poglobilo, vam podarjam - zanimivo zloženko. Zapuščam vam svoje darilo mini časopisa "Nenavadno je, da ...". Časopis vsebuje zanimiva dejstva iz zgodovine 1. zakona termodinamike (iz revije “Quantum” št. 10, 1989) Po lekciji se lahko seznanite z zanimivimi dejstvi o temi lekcije.

Članek “Kako energijo spremeniti v delo”

L.D. Landau

Človek potrebuje stroje, za to mora biti sposoben ustvariti gibanje - premikati bate, vrteti kolesa, vleči vagone. Premikanje avtomobilov zahteva delo. Kako do njega?

Delo nastane zaradi energije. Potrebno je odvzeti energijo telesu ali sistemu teles - potem se bo delo zgodilo.

Recept je povsem pravilen, vendar se še nismo dotaknili vprašanja, kako takšno preobrazbo izvesti. Ali je vedno mogoče vzeti energijo iz telesa? Kakšni pogoji so potrebni za to? Zdaj bomo videli, da je skoraj vsa energija, ki je na voljo okoli nas, popolnoma neuporabna: ni je mogoče pretvoriti v delo. Takšne energije nikakor ne moremo šteti med naše energetske zaloge. Ugotovimo.

Nihalo, nagnjeno iz ravnotežnega položaja, se bo prej ali slej ustavilo; Ročno zagnano kolo obrnjenega kolesa bo naredilo veliko vrtljajev, vendar se bo sčasoma tudi nehalo premikati. Pri pomembnem zakonu ni nobene izjeme: vsa telesa okoli nas, ki se spontano premikajo, se bodo sčasoma ustavila. (Tukaj ne mislimo na enakomerno translacijsko gibanje in enakomerno gibanje sistema teles kot celote)

Če obstajata dve telesi - segreto in hladno, se bo toplota prenašala s prvega na drugo, dokler se temperature ne izenačijo. Takrat se bo prenos toplote ustavil, stanja teles se bodo prenehala spreminjati. Vzpostavljeno bo toplotno ravnovesje.

Ne obstaja pojav, pri katerem bi telesa spontano zapustila stanje ravnovesja. Ne more biti tak primer, da bi se kolo, ki sedi na osi, začelo vrteti samo od sebe. Prav tako se ne zgodi, da bi se črnilnica, ki stoji na mizi, segrela sama od sebe.

Želja po ravnotežju pomeni, da se dogajanje odvija po naravni poti: toplota prehaja od vročega telesa k hladnemu, ne more pa spontano preiti od hladnega telesa k vročemu.

Mehanska energija nihajnega nihala se bo zaradi zračnega upora in trenja v vzmetenju pretvorila v toploto. Vendar pa nihalo pod nobenim pogojem ne bo začelo nihati zaradi toplote, ki je na voljo v okolju. Telesa pridejo v stanje ravnovesja, vendar ga ne morejo spontano zapustiti.

Isti energijski zakon pokaže, kateri del energije okoli nas je popolnoma neuporaben. To je energija toplotnega gibanja molekul tistih teles, ki so v stanju ravnovesja. Takšna telesa niso sposobna pretvarjati svoje energije v mehansko gibanje.

Ta del energije je ogromen. To je mrtva energija...

...Poznamo poskuse izdelave »večnega gibalca« (»perpetuum mobile«), ki ustvarja delo iz nič. Če delujemo z načeli fizike, ki izhajajo iz zakona o ohranitvi energije, je nemogoče ovreči ta zakon z ustvarjanjem večnega gibalca (zdaj ga bomo imenovali večni gibalnik prve vrste). Enako napako delajo tudi nekoliko bolj zviti izumitelji, ki ustvarjajo zasnove motorjev, ki povzročajo mehansko gibanje zaradi zgolj hlajenja medija. Ta, žal, neuresničljiv motor se imenuje večni stroj druge vrste. In tu je storjena logična napaka, saj izumitelj izhaja iz fizikalnih zakonov, ki so posledica zakona o težnji vseh teles k stanju ravnovesja, in s pomočjo teh zakonov poskuša ovreči temeljev, na katerih temeljijo.

Torej preprosto z odvzemom toplote mediju delo ni mogoče opraviti. Z drugimi besedami, sistem teles, ki so med seboj v ravnovesju, je energijsko sterilen.

To pomeni, da je za pridobitev dela potrebno najprej najti telesa, ki niso v ravnovesju s svojimi sosedi. Šele takrat bo mogoče izvajati proces prenosa toplote z enega telesa na drugo oziroma pretvarjanje toplote v mehansko energijo.

Ustvarjanje pretoka energije je nujen pogoj za pridobitev dela. Na »poti« tega toka je možno pretvarjati energijo teles v delo.

Zato zaloge energije, koristne za ljudi, vključujejo energijo le tistih teles, ki niso v ravnovesju z okoljem.

Oglejte si vsebino dokumenta
"introspekcija"

Projekt samorefleksije lekcije

Polno ime učitelja Dvoeglazova Lyubov Timofeevna

Polno ime OU MBOU Starozyatsinskaya Srednja šola Yakshur - okrožje Bodiinsky

Predmet (oblika lekcije) fizika Razred (skupina) 10 UMK G. Ya. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky.

Tema lekcije (lekcije) 1. zakon termodinamike in njegova uporaba pri različnih izoprocesih.

Datum lekcije (razred)

Podpis učitelja.

Oglejte si vsebino predstavitve
"predstavitev"

Večni gibalni stroj- namišljena naprava, ki lahko neskončno opravlja delo brez porabe goriva ali drugih virov energije

Zasnova večnega gibala na podlagi Arhimedovega zakona

Eden najstarejših modelov večnega giba

Do znanja vodijo tri poti:

• Pot refleksije je najplemenitejša pot,

• Pot posnemanja je najlažja pot,

• In pot izkušenj je najbolj grenka pot.

Konfucij

starodavni kitajski mislec in filozof

Razmislimo!

Težava

Ključni pojmi

Povezava med njimi

PRVI ZAKON TERMODINAMIKE

Eno od osnovnih načel termodinamike, ki je v bistvu zakon o ohranitvi energije, ki se uporablja za termodinamične procese.

MAYER Julij Robert (1814-78)

nemški naravoslovec, zdravnik. Prvi je oblikoval zakon o ohranitvi energije (ekvivalentnost mehanskega dela in toplote) in teoretično izračunal mehanski ekvivalent toplote (1842).

JOULE(Joule) James Prescott (1818-89)

angleški fizik. Eksperimentalno je utemeljil zakon o ohranitvi energije in določil mehanski ekvivalent toplote. Vzpostavil je zakon, imenovan Joule-Lenzov zakon. Odkril (skupaj z W. Thomsonom) učinek, imenovan Joule-Thomsonov učinek.

Izvedel vrsto poskusov za preučevanje medsebojne pretvorbe mehanske energije in toplote.

HELMHOLTZ(Helmholtz) Hermann Ludwig Ferdinand (1821 - 1894)

Nemški znanstvenik, tuji dopisni član Sanktpeterburške akademije znanosti (1868). Avtor temeljnih del o fiziki, biofiziki, fiziologiji, psihologiji. Prvič (1847) je matematično utemeljil zakon o ohranitvi energije in pokazal njegovo univerzalnost. Razvil je termodinamično teorijo kemijskih procesov in uvedel pojma proste in vezane energije. Avtor temeljnih del o fiziologiji sluha in vida.

Benjamin Thompson, grof Rumfoord (26. marec 1753 - 21. avgusta 1814 )

Izumljen kalorimeter,

predlagal dizajn fotometer .

Odkrili in raziskali pojav konvekcija v plinih in tekočinah.

Znan je po številnih izumih: kamin originalni dizajn ("kamin Rumford"). Menijo, da je izumil simpatično črnilo, kuhinjski štedilnik, kavni avtomat, vojaška poljska kuhinja, opekarne, parni sistem ogrevanja .

Ali se lahko notranja energija hkrati spreminja zaradi opravljenega dela in zaradi prenosa toplote?

Prvi zakon termodinamike je oblikovana ravno za take splošne primere.

Prvi zakon termodinamike

Sprememba notranje energije termodinamičnega sistema enako znesek delo zunanjih sil in količina toplote, ki se prenese na sistem.

Sprememba notranje energije sistema

opravljeno delo na sistemu

 U = Q + A

Izmeri spremembe v notranji energiji v teku delati je delo , in po meri spremembe v notranji energiji V proces prenosa toplote je količino toplote .

 U = Q + A

Q 0 ko se toplota prenaša v sistem

Q, ko sistem oddaja toploto

A 0 ko je plin stisnjen

In ko se plin razširi

A – delo zunanjih sil na sistem

sprememba notranje energije sistema

prenos toplote preko meja sistema

delo, ki ga opravi sistem

Q =  U + A /

A / - delo notranjih sil

A = - A /

 U = Q + A

Izoliran sistem

  U = 0 ,

 U = U 2 -U 1 = 0

U 2 = U 1

Notranja energija izoliranega sistema ostane nespremenjena (ohranjena)

pomisli...

Kako je formuliran prvi zakon termodinamike?

Ali lahko rečemo: sistem ima rezervno količino toplote?

Ali lahko rečemo: sistem ima notranjo energijo?

Leta 1775 je Pariška akademija znanosti

Glede na to, da so projekti večnih gibalcev neizvedljivi, se je odločil, da jih ne bo obravnaval .

Prvi zakon termodinamike in izoprocesi

Izotermično

Q = ΔU + A

Izobarično

Izohorično

Adiabatsko

• § 78.79
• z. 236, Ex. 15 (1, 2)
• Kaj imata skupnega delovanje dizelskega motorja in nastajanje oblakov?
• Sporočilo "Dizelski motor"

Priprave na delo v skupinah.

Delo z razredom (ustno).

Kaj je notranja energija?

Kako lahko spremenite notranjo energijo plina?

Kako določiti količino toplote, potrebno za ogrevanje telesa?

Napišite enačbo toplotne bilance za tri telesa.

Kdaj je količina toplote negativna?

Kako določiti delo, ki ga opravi plin med raztezanjem?

Kako se delo plina razlikuje od dela zunanjih sil?

Oblikujte prvi zakon termodinamike za delo zunanjih sil.

Formulirajte prvi zakon termodinamike za delo plina.

Uporaba prvega zakona termodinamike na izohorni proces.

Uporaba prvega zakona termodinamike na izobarni proces.

Uporaba prvega zakona termodinamike na izotermičen proces.

Kateri proces imenujemo adiabatski?

Uporaba prvega zakona termodinamike v adiabatnem procesu.

Delo v skupinah.

Vsaka skupina prejme list, na katerem so navedene teoretične naloge in naloge. Teoretični del vsebuje pet vprašanj. Skupina vzame vprašanje, ki ustreza njeni številki, da se pripravi na odgovor. Praktični del obsega deset nalog, po dve na vsako od navedenih tem v teoriji. Naloge so razporejene naključno. To pomeni, da morajo učenci najprej najti probleme, ki se ujemajo z njihovim teoretičnim vprašanjem, nato pa jih rešiti. Dodatni podatki za reševanje nalog so vzeti iz referenčnih knjig.

Ko skupine končajo delo, iz vsake skupine izmenično pokličeta po dva učenca: eden odgovarja na teorijo, drugi na tablo napiše kratko trditev ene naloge. (Še eno nalogo te skupine lahko preizkusite selektivno v isti učni uri ali v naslednji učni uri.) Vsi člani skupine morajo znati odgovoriti na teorijo in razložiti probleme; Zaželjena je uporaba dodatnega gradiva v teoretičnem delu.

Vsi učenci pišejo naloge v zvezke.

Jasna organizacija dela vodi k aktivnemu delu vseh otrok. Ob koncu ure koordinatorji skupine oddajo liste, na katerih zapišejo prispevek članov skupine k njenemu delu.

Aktivnosti skupin in posameznih učencev na koncu oceni učitelj.

Vzorčni list.

1. Izohorni proces.
2. Izotermični proces.
3. Izobarični proces.
4. Adiabatski proces.
5. Prenos toplote v zaprtem sistemu.

1. V valju pod batom je 1,25 kg zraka.
2. 0,02 kg ogljikovega dioksida segrevamo pri stalni prostornini. Določite spremembo notranje energije plina pri segrevanju od 20 0 C do 108 0 C (c = 655 J/(kg K)).
3. V toplotno izoliranem valju z batom je dušik, ki tehta 0,3 kg pri temperaturi 20 0 C. Dušik, ki se širi, opravi 6705 J dela. Določite spremembo notranje energije dušika in njegove temperature po ekspanziji (c = 745 J/(kg K)).
4. Plinu je dovedena določena količina toplote, zaradi česar se ta izotermično razširi iz prostornine 2 litrov na prostornino 12 litrov. Začetni tlak je 1,2 10 6 Pa. Določi delo, ki ga opravi plin.
5. V stekleno bučko z maso 50 g, v kateri je bilo 185 g vode pri 20 0 C, smo pri 100 0 C vlili določeno količino živega srebra in temperatura vode v bučki se je povišala na 22 0 C. Določite maso živega srebra. .
6. 1,43 kg zraka zavzema prostornino 0,5 m 3 pri 0 0 C.
7. Zraku je bila predana določena količina toplote, ki se je izobarično razširila na prostornino 0,55 m 3.
8. Poiščite opravljeno delo, količino prevzete toplote, spremembo temperature in notranjo energijo zraka.
9. V valju pod batom je 1,5 kg kisika. Bat je negiben. Kolikšno količino toplote je treba dovesti plinu, da se njegova temperatura poveča za 8 0 C? Kakšna je sprememba notranje energije? (z v = 675 J/(kg K))
10. V valju pod batom je 1,6 kg kisika pri temperaturi 17 0 C in tlaku 4·10 5 Pa.

Plin je deloval z izotermno ekspanzijo 20 J. Koliko toplote je predano plinu? Kolikšna je sprememba notranje energije plina? Kolikšna je bila prvotna prostornina plina?

• Koliko toplote se bo sprostilo, ko kondenziramo 0,2 kg vodne pare s temperaturo 100 0 C in iz nje pridobljeno vodo ohladimo na 20 0 C?
Plinska jeklenka je nameščena v toplotno odporni ovoj. Kako se bo spremenila temperatura plina, če postopoma povečujemo prostornino jeklenke? Kolikšna je sprememba notranje energije plina, če je na plin opravljeno delo 6000 J?
• Cilji lekcije:
izobraževalni:
• predstavijo prvi zakon termodinamike kot zakon o ohranitvi energije termodinamičnega sistema, razkrijejo njegovo fizikalno vsebino pri obravnavanju specifičnih procesov, nadaljujejo z razvijanjem sposobnosti opisovanja toplotnih procesov s fizikalnimi količinami in zakoni;
oblikovanje komunikativnih lastnosti, kulture komuniciranja, gojiti svetovni nazor študentov, ki temelji na metodi znanstvenega poznavanja narave, gojiti opazovanje, gojiti odločnost, vztrajnost pri doseganju cilja.

Oprema za pouk: na vsaki mizi je epruveta s hladno vodo, termometer, papir, toplotno telo, merilnik tlaka tekočine, učni listi, multimedijski projektor, osebni računalnik, zaslon.

Napredek lekcije

1. Organizacijski trenutek. Lep pozdrav, pripravljenost na lekcijo.

2. Posodabljanje temeljnega znanja.

Učenci opravijo testne naloge po možnostih.

Možnost 1

1. Brownovo gibanje je:

A) toplotno gibanje delcev, suspendiranih v tekočini (ali plinu);

B) kaotično gibanje delcev, suspendiranih v tekočini;

B) urejeno gibanje molekul tekočine;

D) urejeno gibanje delcev, suspendiranih v tekočini.

2. Katera od spodnjih formul vam omogoča izračun povprečne kinetične energije translacijskega gibanja molekul plina: A) p=nkT; B) E=3/2kT; B) p=1/3m 0 nv 2

3. Kako se bo spremenil tlak idealnega plina, ko se podvoji absolutna temperatura in prostornina? (masa plina se ne spremeni)

A) se bo povečalo 4-krat; B) se bo zmanjšal za 4-krat; B) se ne bo spremenilo; D) se bo povečal za 2-krat.

4. Proces spreminjanja termodinamičnega sistema pri konstantnem tlaku imenujemo: A) izotermičen; B) izohorično; B) izobarično.

5. Kateri izraz ustreza Boyle-Mariottovemu zakonu:

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

6. Slika prikazuje graf p(V), m = const. Kateri postopek spreminjanja plinov je prikazan na sliki?

A) izotermna ekspanzija; B) izobarna ekspanzija; B) izobarična kompresija; D) izohorno segrevanje.

Možnost 2

1. Katera od naslednjih določb je v nasprotju z osnovami IKT:

A) snov sestavljajo molekule;

B) molekule snovi se gibljejo naključno;

C) vse molekule medsebojno delujejo;

D) vse molekule snovi imajo enako hitrost.

2. Katera od naslednjih formul vam omogoča izračun števila delcev:

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

3. Kako se bo spremenil tlak idealnega plina, če se število molekul plina in njegova prostornina podvojita, temperatura pa ostane nespremenjena?

A) se bo povečal za 2-krat; B) se bo zmanjšal za 2-krat; B) se bo povečalo 4-krat; D) se ne bo spremenilo.

4. Notranja energija enoatomskega idealnega plina je enaka:

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

5. Plin, interakcija med njegovimi molekulami je zanemarljiva, se imenuje:

A) resnično; B) absolutno; B) idealno; D) brezplačno.

6. Slika prikazuje graf p(T), m=const. Kateri postopek spreminjanja plinov je prikazan na sliki?

A) izohorno segrevanje; B) izohorno hlajenje; B) izotermna ekspanzija;

D) izobarna ekspanzija.

3. Frontalna izkušnja »Sprememba notranje energije telesa pri delu.« Diapozitiv aplikacije 2.

Oprema in gradivo: kemična epruveta, laboratorijski termometer, merilni valj s hladno vodo, list papirja.

Delovni nalog:

1.V epruveto nalijemo 10 ml vode in ji izmerimo temperaturo.

2. Epruveto zapremo z zamaškom (ali palcem, če zamaška ni) in zavijemo v papir. Vodo v epruveti močno stresajte 40 sekund (zabeležite čas s štoparico na uri ali mobilnem telefonu).

3.Odprite epruveto in ponovno izmerite temperaturo vode.

4. Odgovorite na vprašanja:

a) Kako se je med poskusom spremenila notranja energija vode?

b) Kako ste pri poskusu spremenili notranjo energijo vode?

c) Zakaj je bilo treba epruveto z vodo med poskusom zaviti v papir?

d) Kaj lahko rečemo o odvisnosti spremembe notranje energije telesa od opravljenega dela?

4. Preučite novo temo

Do sredine 19. stoletja so številni poskusi pokazali da mehanska energija nikoli ne izgine brez sledu. Dodatek Slide 3

Do segrevanja telesa lahko pride, ne da bi mu posredovali kakršno koli količino toplote, ampak samo z delom. . Ta pojav je leta 1798 v velikem obsegu opazil B. Rumfoord. Pri vrtanju topovske cevi, ki je potekalo s pomočjo konj, ki so vrteli velik sveder, je Rumfoordu uspelo zavreti kotel z vodo, ki je bil postavljen na cev. Rumfoord je predlagal, da se voda segreje med delom med vrtanjem.

Kako zanetiti ogenj s suhimi kosi lesa, torej segreti les na temperaturo nad temperaturo vžiga?

Povišanje telesne temperature je lahko posledica tako opravljanja dela kot prenosa toplote. Dodatek Diapozitiv 4.

Zakon o ohranitvi energije v mehaniki:

Energija v naravi ne nastane iz nič in ne izgine: količina energije je nespremenjena, le prehaja iz ene oblike v drugo. (Npr. kladivo pade na kos svinca in svinec se segreje – potencialna energija kladiva se spremeni v kinetično energijo, nato se mehanska energija spremeni v notranjo energijo telesa).

Zakon o ohranitvi in ​​transformaciji energije, razširjen na toplotne pojave, imenujemo prvi zakon termodinamike.

Dodatek Diapozitiv 5.

Termodinamika obravnava telesa, katerih težišče ostane praktično nespremenjeno. Mehanska energija takšnih teles ostaja konstantna, spreminja se lahko le notranja energija vsakega telesa. Prvi zakon termodinamike je sredi 19. stoletja odkril nemški znanstvenik zdravnik Mayer (1814-1878), angleški znanstvenik D. Joule (1818 - 1889) in je dobil najbolj natančno formulacijo v delih nemškega znanstvenika Helmholtza. (1821-1894).

V splošnem primeru, ko sistem prehaja iz enega stanja v drugo, se notranja energija hkrati spreminja tako zaradi opravljenega dela kot zaradi prenosa toplote.

Prvi zakon termodinamike: Sprememba notranje energije sistema med njegovim prehodom iz enega stanja v drugo je enaka vsoti dela zunanjih sil in količine toplote, prenesene na sistem:

Če je sistem izoliran (zaprt), se na njem ne izvaja delo (A = 0) in ne izmenjuje toplote z okoliškimi telesi (Q = 0). Potem je v tem primeru po prvem zakonu termodinamike U = 0 (U 1 = U 2).

Notranja energija izoliranega sistema ostane nespremenjena (ohranjena).

Če upoštevamo, da je A / = - A, dobimo Q=A / + U

Količina toplote, ki se prenese v sistem, gre za spreminjanje njegove notranje energije in za opravljanje dela nad zunanjimi telesi s strani sistema.

5. Oblikovanje spretnosti in spretnosti: Dodatek Diapozitiv 6

1. Idealni plin je prejel količino toplote 300 J in opravil delo 100 J. Kako se je spremenila notranja energija plina?

A. povečala za 400 J
B. povečala za 200 J
V. zmanjšal za 400 J
G. se je zmanjšal za 200 J

2. Idealni plin je opravil delo 100 J in oddal količino toplote 300 J. Kako se je spremenila notranja energija?

A. povečala za 400 J
B. povečala za 200 J
V. zmanjšal za 400 J
G. se je zmanjšal za 200 J

3. Idealni plin je opravil delo 300 J. Hkrati se je notranja energija zmanjšala za 300 J. Kolikšna je vrednost količine v tem procesu?

A. je dal 600 J
B. je dal 300 J
V. prejel 300 J
G. ni dajal ali prejemal topline.

Dodatek Slide 7

4. Idealni plin je opravil delo enako 300 J. Hkrati je njegova notranja energija

A. je dal 600 J
B. je dal 300 J
V. prejel 600 J
G. je prejel 300 J

Ob koncu dela učenci preverijo svoje delo in se ocenijo. (odgovori se prikažejo na zaslonu) Dodatek Diapozitiv 8.

Ali je mogoče ustvariti napravo "večni stroj"?

Nezmožnost ustvarjanja večnega gibalca - naprave, ki lahko opravlja neomejeno količino dela brez porabe goriva ali drugih materialov. Če se v sistem ne dovaja toplota (Q = 0), potem deluje A / v skladu s prvim zakonom termodinamike. Q=A / + U mogoče doseči le zaradi zmanjšanja notranje energije: A / = - U. Ko je zaloga energije izčrpana, motor preneha delovati.

Ni mogoče reči, da sistem vsebuje določeno količino toplote ali dela. Tako delo kot količina toplote sta količini, ki označujeta spremembo notranje energije sistema kot posledico določenega procesa, in sta izraženi v joulih. Notranja energija sistema se lahko enako spreminja tako zaradi dela, ki ga sistem opravi, kot zaradi prenosa poljubne količine toplote na okoliška telesa. Na primer, segret zrak v jeklenki lahko zmanjša svojo energijo s hlajenjem, ne da bi pri tem opravil kakršno koli delo. Toda popolnoma enako količino energije lahko izgubi s premikanjem bata, brez prenosa toplote na okoliška telesa. Za to morajo biti stene cilindra in bat toplotno odporni.

Zaključek: Nemogoče je ustvariti "večni gibalnik"!

6. Povzemanje. domača naloga. § 56 težave št. 3, 4.

Cilj lekcije: preučevanje praktične uporabe prvega zakona termodinamike v plinskih procesih.

Naloge.

izobraževalni:

• prikazati prehod od splošnega poznavanja prvega zakona termodinamike do specifičnih plinskih zakonov;
• razmisliti o uporabi pridobljenega znanja pri reševanju konkretnih problemov;
• pokazati potrebo po prenosu znanja matematike na druge predmete, zlasti fiziko;

razvoj:

• razvijajo sposobnosti primerjanja, analiziranja, posploševanja in sklepanja;
• razviti sposobnost prenosa znanja in spretnosti v novo nestandardno situacijo;

izobraževalni:

• povečati zanimanje za fiziko kot vedo, ki pojasnjuje ogromno okoliških pojavov in združuje znanja mnogih drugih ved;
• razvijati komunikacijske in poslovne sposobnosti pri delu v majhnih skupinah.

Prenos:

Predogled:

Občinska proračunska izobraževalna ustanova

Srednja šola št. 4

Ak-Dovurak

Uporaba prvega zakona termodinamike v različnih procesih

Lekcija fizike

10. razred

"Uporaba prvega zakona termodinamike v različnih procesih"

učitelj fizike Kuzhuget M.Sh.

Ak-Dovurak-2017

Cilj lekcije: preučevanje praktične uporabe prvega zakona termodinamike v plinskih procesih.

Naloge.

izobraževalni:

• prikazati prehod od splošnega poznavanja prvega zakona termodinamike do specifičnih plinskih zakonov;
• razmisliti o uporabi pridobljenega znanja pri reševanju konkretnih problemov;
• pokazati potrebo po prenosu znanja matematike na druge predmete, zlasti fiziko;

razvoj:

• razvijajo sposobnosti primerjanja, analiziranja, posploševanja in sklepanja;
• razviti sposobnost prenosa znanja in spretnosti v novo nestandardno situacijo;

izobraževalni:

• povečati zanimanje za fiziko kot vedo, ki pojasnjuje ogromno okoliških pojavov in združuje znanja mnogih drugih ved;
• razvijati komunikacijske in poslovne sposobnosti pri delu v majhnih skupinah.

Oprema: računalnik, multimedijski projektor.

Načrt lekcije

1. Organizacijski trenutek.

2. Frontalna anketa in študij novega materiala.

Priprava študentov na študij nove teme s ponavljanjem prejšnje.

• Katere izoprocese poznate?
• Kateri parametri makra so lahko nespremenjeni?
• Določite ujemanje med imenom izoprocesa in ustreznim zakonom

• Določite ujemanje med imenom izoprocesa in pripadajočim grafom

Vse, o čemer smo pravkar govorili, zložimo v tabelo in vse ponovimo za vsak proces.

Spoznajmo še en proces, o katerem prej nismo govorili.

Adiabatski proces. Postopek poteka brez izmenjave toplote z okoljem Q = 0.

Formulacija: Sprememba notranje energije plina nastane z opravljanjem dela. Zapišimo potrebne stvari v potrebne celice naše tabele in poglejmo ilustracijo tega zakona.

• Vprašanje za razred: Formulirajte prvi zakon termodinamike?

(Odgovor: Energija v naravi ne nastane iz nič in ne izgine: količina energije je nespremenjena, le prehaja iz ene oblike v drugo. Zakon o ohranjanju in pretvorbi energije, razširjen na toplotne pojave, imenujemo prvi zakon termodinamike).

• Kaj kaže? (Odgovor: od katerih količin je odvisna sprememba notranje energije)

Q = U + A 1

Količina toplote, ki se prenese v sistem, gre za spreminjanje njegove notranje energije in za opravljanje dela na zunanjih telesih s strani sistema)

Zdaj pa izpolnimo zadnje vrstice naše tabele. Zapišimo 1. zakon termodinamike za vsak izoproces. Teh formul si ni treba zapomniti, vedno pa jih je mogoče izpeljati iz prvega zakona termodinamike, če razumete pomen. Izpolnili smo tabelo, ki vsebuje kratke informacije o vsakem procesu, opis, formule in formulacije. Kako se spremeni notranja energija telesa, ko se ohlaja?

(Odgovor: U se zmanjšuje)

2) Plin v posodi je bil stisnjen in je opravil delo 30 J. Notranja energija plina se je povečala za 25 J. Kaj se je zgodilo s plinom?

(Odgovor: sproščen plin Q = 5 J v okolje)

Idealni plin preide iz stanja 1 v stanje 3, ker prikazano v grafu. Kakšno je delo, ki ga opravi plin? (Odgovor: 2P 0 V 0 )

4. Samostojno reševanje problema

Problem: V navpičnem cilindru pod batom je plin pri T = 323 K, ki zavzema prostornino V 1 = 190 cm 3 . Masa bata M=120 kg, površina S=50 cm 2 . Atmosferski tlak p 0 = 100 kPa. Plin se segreje na T=100 K.

A . Določite tlak plina pod batom.

B. Za koliko se bo spremenila prostornina plina po segrevanju?

IN. Poiščite delo, ki ga opravi plin med raztezanjem.

Povzetek rešitve problema in delo v lekciji. Ocenjevanje:

5. Domača naloga.§ 81 učbenika.

• Vaja 15 (8, 9).
• Naučite se tabele.

6. Razmislek. Vsak učenec dobi smeška in na njem je narisan zahtevan nasmeh. Na podlagi števila nasmehov lahko odgovorite na vprašanje: Ali je bila lekcija uspešna?

Literatura

1. Myakishev G.Ya., B.B. Bukhovtsev, N.N.Sotsky. Fizika-10: Učbenik za 10. razred splošnoizobraževalnih ustanov. – M.: Izobraževanje, 2005.
2. Nebukin N.N. Zbirka nivojskih nalog iz fizike. M.: Izobraževanje, 2006.
3. Enotni državni izpit 2008. Fizika. Zvezna banka izpitnega gradiva. Comp. Demidova M.Yu., Nurminsky I.N. – M.: Eksmo, 2008.
4. Digitalni izobraževalni viri .
5. Razvoj lekcije za učitelja fizike S.N. Hutsil.