열역학 제1법칙에 대한 강의입니다. 교훈: 열역학 제1법칙의 적용. 시스템 경계를 통해 전달되는 열

27.01.2024

수업 목표:

교육적인:

개발 중:

교육적인:

수업 장비: 각 테이블에는 찬물이 담긴 시험관, 온도계, 종이, 방열판, 액체 압력 게이지, 워크시트, 멀티미디어 프로젝터, PC, 스크린이 있습니다.

수업 중

1. 조직적인 순간. 안녕하세요, 수업 준비.

2. 기본 지식의 업데이트.

학생들은 옵션에 따라 테스트 작업을 완료합니다.

옵션 1

1. 브라운 운동은 다음과 같습니다.

A) 액체(또는 기체)에 부유하는 입자의 열적 이동;

B) 액체에 부유하는 입자의 혼란스러운 움직임;

B) 액체 분자의 규칙적인 움직임;

D) 액체에 부유하는 입자의 규칙적인 움직임.

2. 아래 공식 중 가스 분자의 병진 운동의 평균 운동 에너지를 계산할 수 있는 공식은 무엇입니까? A) p=nkT; 나) E=3/2kT; 나) p=1/3m 0 nv 2

3. 절대온도가 2배, 부피가 2배가 되면 이상기체의 압력은 어떻게 변하는가? (기체 질량은 변하지 않습니다)

A) 4배 증가할 것입니다. B) 4배 감소합니다. B) 변경되지 않습니다. D) 2배로 증가합니다.

4. 일정한 압력에서 열역학적 시스템을 변화시키는 과정을 A) 등온; B) 등색체; B) 등압.

5. 보일-마리오트 법칙에 해당하는 표현은 무엇입니까?

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

6. 그림은 p(V), m = const의 그래프를 보여줍니다. 그림에는 어떤 가스 변화 과정이 나와 있나요?

A) 등온 팽창; B) 등압 팽창; B) 등압 압축; D) 등방성 가열.

옵션 2

1. 다음 중 ICT의 기본 원칙에 모순되는 조항은 무엇입니까?

A) 물질은 분자로 구성됩니다.

B) 물질의 분자가 무작위로 움직입니다.

C) 모든 분자는 서로 상호 작용합니다.

D) 물질의 모든 분자는 동일한 속도를 갖습니다.

2. 다음 중 입자 수를 계산할 수 있는 공식은 무엇입니까?

A) N=vNa; B) v=m/M; 나) p=nkT.

3. 기체 분자 수와 부피가 두 배로 늘어나고 온도가 변하지 않으면 이상 기체의 압력은 어떻게 변합니까?

A) 2배 증가합니다. B) 2배 감소합니다. B) 4배 증가할 것이다. D) 변경되지 않습니다.

4. 단원자 이상기체의 내부 에너지는 다음과 같습니다.

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

5. 분자 사이의 상호 작용이 무시할 수 있는 가스를 다음과 같이 부릅니다.

A) 실제; B) 절대; B) 이상적이다. 다) 무료입니다.

6. 그림은 p(T), m=const의 그래프를 보여줍니다. 그림에는 어떤 가스 변화 과정이 나와 있나요?

A) 등방성 가열; B) 등방성 냉각; B) 등온 팽창;

D) 등압 팽창.

3. 정면체험 “일을 할 때 신체의 내부 에너지의 변화.” 응용 슬라이드 2.

장비 및 재료: 화학 시험관, 실험실 온도계, 냉수가 담긴 측정 실린더, 종이.

작업 순서:

1. 시험관에 물 10ml를 붓고 온도를 측정합니다.

2. 시험관을 마개(마개가 없는 경우 엄지 손가락)로 닫고 종이로 감쌉니다. 시험관에 담긴 물을 40초간 세게 흔듭니다. (시계나 휴대폰의 스톱워치를 사용하여 시간을 기록하세요)

3. 시험관을 열고 다시 물의 온도를 측정합니다.

4.질문에 답하세요.

a) 실험 중에 물의 내부 에너지는 어떻게 변했습니까?

b) 실험에서 물의 내부에너지를 어떻게 바꾸었나요?

c) 실험 중에 물이 담긴 시험관을 종이로 싸야 했던 이유는 무엇입니까?

d) 수행된 작업에 대한 신체 내부 에너지 변화의 의존성에 대해 무엇을 말할 수 있습니까?

4. 새로운 주제를 공부하세요

19세기 중반에 수많은 실험이 밝혀졌습니다. 그 기계적 에너지는 결코 흔적 없이 사라지지 않습니다. 부록 슬라이드 3

신체의 가열은 신체에 어떤 양의 열도 전달하지 않고 일어날 수 있지만 일을 통해서만 가능합니다. . 이 현상은 1798년 B. Rumfoord에 의해 대규모로 관찰되었습니다. 대형 드릴을 회전시키는 말의 도움으로 대포 통을 뚫을 때 Rumfoord는 통에 놓인 물 가마솥을 끓였습니다. Rumfoord는 시추 작업 중에 물이 가열된다고 제안했습니다.

마른 나무 조각을 사용하여 어떻게 불을 피울 수 있습니까? 즉, 나무를 발화 온도보다 높은 온도로 가열할 수 있습니까?

체온의 상승은 작업 수행과 열 전달로 인해 발생할 수 있습니다. 부록 슬라이드 4.

역학의 에너지 보존 법칙:

자연의 에너지는 무에서 발생하지도 않고 사라지지도 않습니다. 에너지의 양은 변하지 않고 한 형태에서 다른 형태로 전달될 뿐입니다. (예를 들어, 망치가 납 조각에 떨어지고 납이 가열됩니다. 망치의 위치 에너지가 운동 에너지로 바뀌고 기계적 에너지가 신체의 내부 에너지로 변합니다.)

열 현상으로 확장된 에너지 보존 및 변환의 법칙을 열역학 제1법칙이라고 합니다.

부록 슬라이드 5.

열역학에서는 무게 중심이 사실상 변하지 않는 물체를 고려합니다. 그러한 물체의 기계적 에너지는 일정하게 유지됩니다. 각 물체의 내부 에너지만 변할 수 있습니다. 열역학 제1법칙은 19세기 중반 독일 과학자 마이어(1814~1878), 영국 과학자 D. 줄(1818~1889)에 의해 발견되었으며 독일 과학자 헬름홀츠의 연구에서 가장 정확한 공식을 얻었습니다. (1821-1894).

일반적으로 시스템이 한 상태에서 다른 상태로 전환되면 수행된 작업과 열 전달로 인해 내부 에너지가 동시에 변경됩니다.

열역학 제1법칙: 한 상태에서 다른 상태로 전환하는 동안 시스템의 내부 에너지 변화는 외부 힘의 작업과 시스템으로 전달되는 열량의 합과 같습니다.

시스템이 고립된(닫힌) 경우, 즉 시스템에 대한 작업이 수행되지 않으며(A = 0) 주변 물체와 열을 교환하지 않습니다(Q = 0). 그러면 이 경우 열역학 제1법칙에 따라 U = 0(U 1 = U 2)이 됩니다.

고립계의 내부에너지는 변하지 않는다(보존된다).

A / = - A를 고려하면, 우리는 다음을 얻습니다. Q=A / +U

시스템으로 전달되는 열의 양은 내부 에너지를 변경하고 시스템에 의해 외부 물체에 작업을 수행하는 데 사용됩니다.

5. 기술과 능력의 형성: 부록 슬라이드 6

1. 이상기체가 300J의 열량을 받고 100J의 일을 했습니다. 기체의 내부에너지는 어떻게 변했습니까?

A. 400J 증가
B. 200J 증가
V. 400J 감소
G. 200J 감소

2. 이상기체는 100J에 해당하는 일을 했고 300J에 해당하는 열량을 방출했습니다. 내부 에너지는 어떻게 변했습니까?

A. 400J 증가
B. 200J 증가
V. 400J 감소
G. 200J 감소

3. 이상기체가 300J에 해당하는 일을 수행했습니다. 동시에 내부 에너지는 300J만큼 감소했습니다. 이 과정에서 양의 값은 얼마입니까?

A. 600J를 주었다
B. 300 J를 주었다
V. 300J를 받았습니다.
G. 따뜻함을 주지도 받지도 않았습니다.

부록 슬라이드 7

4. 이상기체는 300J에 해당하는 일을 했습니다. 동시에 내부 에너지는

A. 600J를 주었다
B. 300 J를 주었다
V. 600J를 받았습니다.
G.는 300J를 받았습니다.

작업이 끝나면 학생들은 자신의 작업을 확인하고 스스로 평가합니다. (답변은 화면에 나타납니다) 부록 슬라이드 8.

"영구 운동 기계" 장치를 만드는 것이 가능합니까?

연료나 기타 재료를 소비하지 않고 무제한의 작업을 수행할 수 있는 장치인 영구 운동 기계를 만드는 것이 불가능합니다. 시스템에 열이 공급되지 않으면(Q = 0) 열역학 제1법칙에 따라 A / 작업을 수행합니다. Q=A / + U내부 에너지가 감소해야만 달성할 수 있습니다. A / = - 유.예비 에너지가 소진되면 엔진 작동이 중지됩니다.

시스템에 일정량의 열이나 일이 포함되어 있다고 말할 수는 없습니다. 일과 열량은 모두 특정 프로세스의 결과로 시스템의 내부 에너지 변화를 특성화하는 양이며 이러한 양은 줄(J)로 표시됩니다. 시스템의 내부 에너지는 시스템이 수행하는 작업과 주변 물체로의 열 전달로 인해 동일하게 변할 수 있습니다. 예를 들어, 실린더 안의 가열된 공기는 아무런 작업도 하지 않고 냉각함으로써 에너지를 줄일 수 있습니다. 그러나 주변 몸체에 열을 전달하지 않고 피스톤을 움직여도 정확히 동일한 양의 에너지를 잃을 수 있습니다. 이를 위해서는 실린더 벽과 피스톤이 열밀봉되어야 합니다.

결론: "영구 운동 기계"를 만드는 것은 불가능합니다!

6. 요약합니다. 숙제. § 56 문제 3, 4번.

수업 목표:

아이소프로세스에 대한 지식을 심화하고, 이 주제에 대한 문제 해결 기술을 연습하고, 의사소통 기술과 기술을 개발하고, 자존감을 가르칩니다.

수업 중

그룹 작업 준비.

수업 시간에 (구두로) 작업하십시오.

내부에너지란 무엇인가?

기체의 내부 에너지를 어떻게 바꿀 수 있습니까?

신체를 가열하는 데 필요한 열량을 결정하는 방법은 무엇입니까?

세 물체에 대한 열 균형 방정식을 작성하십시오.

열량은 언제 음수인가?

팽창하는 동안 가스가 한 일을 어떻게 결정합니까?

가스의 작용은 외부 힘의 작용과 어떻게 다릅니까?

외부 힘의 작용에 대한 열역학 제1법칙을 공식화합니다.

가스 작업에 대한 열역학 제1법칙을 공식화합니다.

등방성 과정에 열역학 제1법칙을 적용합니다.

등압 과정에 열역학 제1법칙을 적용합니다.

열역학 제1법칙을 등온 과정에 적용합니다.

단열이라고 불리는 과정은 무엇입니까?

단열 과정에 열역학 제1법칙을 적용합니다.

그룹 작업.

각 그룹은 이론적 작업과 작업이 표시된 시트를 받습니다. 이론적 부분에는 5개의 질문이 포함되어 있습니다. 그룹은 답변을 준비하기 위해 해당 번호에 해당하는 질문을 받습니다. 실습 부분에는 이론에 명시된 각 주제에 대해 두 개씩 총 10개의 문제가 포함되어 있습니다. 작업은 무작위로 배열됩니다. 이는 학생들이 먼저 이론적 질문과 일치하는 문제를 찾은 다음 해결해야 함을 의미합니다. 문제 해결을 위한 추가 데이터는 참고서에서 가져왔습니다.

그룹이 작업을 마친 후 각 그룹에서 두 명의 학생이 차례로 호출됩니다. 한 명은 이론에 답하고 다른 한 명은 한 문제에 대한 간략한 설명을 칠판에 작성합니다. (이 그룹의 또 다른 과제는 같은 수업이나 다음 수업에서 선택적으로 테스트할 수 있습니다.) 모든 그룹 구성원은 이론에 답하고 문제를 설명할 수 있어야 합니다. 이론적 부분에 추가 자료를 사용하는 것이 권장됩니다.

모든 학생들은 노트에 문제를 적습니다.

명확한 업무 조직은 모든 어린이의 활동적인 업무로 이어집니다. 수업이 끝나면 그룹 코디네이터는 그룹 구성원의 작업 기여도를 기록한 시트를 제출합니다.

그룹 및 개별 학생의 활동은 최종적으로 교사가 평가합니다.

샘플 시트.

이론적인 부분

1. 등변성 과정.

2. 등온 과정.

3. 등압 과정.

4. 단열 과정.

5. 폐쇄 시스템에서의 열 전달.

실용적인 부분

1. 피스톤 아래 실린더에는 1.25kg의 공기가 있습니다. 일정한 압력에서 40C로 가열하기 위해 5kJ의 열이 소비되었습니다. 가스의 내부 에너지 변화를 결정하십시오.

2. 0.02kg의 이산화탄소를 일정한 부피로 가열합니다. 200C에서 1080C로 가열할 때 가스의 내부 에너지 변화를 구하십시오(c = 655 J/(kg K)).

3. 피스톤이 있는 단열 실린더에는 200C의 온도에서 0.3kg의 질소가 들어 있습니다. 팽창하는 질소는 6705 J의 일을 합니다. 팽창 후 질소의 내부 에너지와 온도의 변화를 구하십시오(c = 745 J/(kg K)).

4. 일정량의 열이 가스에 전달되어 그 결과 부피가 2리터에서 12리터로 등온적으로 팽창합니다. 초기 압력은 1.2 · 106 Pa입니다. 가스가 한 일을 결정하십시오.

5. 200℃ 물 185g이 들어 있는 50g 무게의 유리 플라스크에 100℃의 일정량의 수은을 붓고 플라스크 안의 물 온도를 220℃로 높였다. 수은의 질량을 결정하십시오.

6. 00C에서 1.43kg의 공기가 0.5m3의 부피를 차지합니다. 일정량의 열이 공기에 전달되어 0.55m3의 부피로 등압 팽창했습니다. 수행한 일, 흡수된 열량, 온도 변화 및 공기의 내부 에너지를 구하십시오.

7. 피스톤 아래 실린더에는 1.5kg의 산소가 있습니다. 피스톤이 움직이지 않습니다. 가스의 온도를 80℃ 높이려면 어느 정도의 열을 공급해야 합니까? 내부에너지의 변화는 무엇인가? (cv= 675J/(kg·K))

8. 피스톤 아래의 실린더에는 온도 170C, 압력 4·105Pa에서 1.6kg의 산소가 들어 있습니다. 가스는 20J의 등온 팽창으로 작동했습니다. 가스에 얼마나 많은 열이 전달됩니까? 기체의 내부에너지 변화는 얼마인가? 원래 가스의 부피는 얼마였습니까?

9. 1000℃의 수증기 0.2kg을 응축시키고 그로부터 얻은 물을 200℃로 냉각시키면 얼마나 많은 열이 방출됩니까?

10. 가스가 담긴 실린더를 내열 쉘에 넣습니다. 실린더의 부피가 점차 증가하면 가스의 온도는 어떻게 변합니까? 기체에 6000J의 일을 했을 때 기체의 내부에너지 변화는 얼마인가?

주제에 대한 수업 계획:

"열역학 제1법칙"

아브라모바 타마라 이바노브나(물리 교사)

목표: 1. 교육적- 열역학 법칙 1개를 공식화합니다. 그로 인해 발생하는 결과를 고려하십시오.

2. 발달 – 정신 활동 방법 개발(분석, 비교, 일반화), 언어 개발(신체적 개념, 용어 숙달), 학생의 인지적 관심 개발.

3. 교육적– 과학적 세계관 형성, 주제에 대한 지속 가능한 관심 육성, 지식에 대한 긍정적인 태도.

조직 형태 및 훈련 방법:

전통 - 수업 입문 단계의 대화

문제가 있음 - 제기된 질문을 통해 새로운 교육 자료를 학습함

교육 수단:

혁신 – 컴퓨터, 멀티미디어 프로젝터
인쇄됨 – 테스트 작업

수업 중:

정리 시간
숙제 복습:

시스템의 내부 에너지는 어떤 방식으로 변경될 수 있습니까? (작업이 완료되었거나 주변 물체와의 열교환으로 인해)
기체가 한 일과 일정한 압력에서 기체에 작용하는 내부 힘이 한 일은 어떻게 됩니까? (Ag = -A ext = p ΔV)
맷돌 아래에서 뜨거운 밀가루가 나옵니다. 빵도 뜨겁게 오븐에서 꺼냅니다. 각각의 경우에 밀가루와 빵의 내부 에너지가 증가하는 원인은 무엇입니까? (밀가루 - 일을 해서, 빵 - 열교환으로)
의료 행위에서는 온난화 압축, 가열 패드 및 마사지가 자주 사용됩니다. 내부 에너지를 변경하는 방법은 무엇입니까? (열교환 및 작업 완료)

새로운 자료에 대한 설명:

기계적 에너지는 흔적 없이 사라지지 않는다는 것을 알고 있습니다.

망치를 치면 납 조각이 가열되고 뜨거운 차에 담근 차가운 티스푼이 가열됩니다.

실험적 사실의 관찰과 일반화를 바탕으로 에너지 보존 법칙이 공식화되었습니다.

자연의 에너지는 무에서 발생하지도 않고 사라지지도 않습니다. 에너지의 양은 변하지 않고 한 형태에서 다른 형태로 전달될 뿐입니다.

이 법칙은 19세기 중반 독일 과학자 R. Mayer와 영국 과학자 D. Joule에 의해 발견되었습니다. 법의 정확한 공식은 독일 과학자 G. Helmholtz에 의해 제공되었습니다.

우리는 일이나 주변 물체와의 열교환으로 인해 시스템의 내부 에너지가 변하는 과정을 고려했습니다(슬라이드 1).

일반적인 경우 시스템의 내부 에너지는 어떻게 변합니까? (슬라이드 2)

열역학 제1법칙은 일반적인 경우를 위해 특별히 공식화되었습니다.

ΔU = Aext + Q

가스 = - 내선,

Q = ΔU + Ag

결과:

시스템 분리(A=O, Q=0)

그러면 Δu = u2-u1=0 또는 u1=u2 -고립계의 내부에너지는 변하지 않는다

연료를 소비하지 않고 작업을 수행할 수 있는 장치인 영구 운동 기계를 만드는 것이 불가능합니다..

Q = ΔU + Ag, Q=0,

Ar= - ΔU. 예비 에너지가 소진되면 엔진 작동이 중지됩니다.

강화

(네비게이터로 작업 - 출력이 일반화됨)

문제 1에 대한 해결책

답변 확인(슬라이드 3)

문제 2에 대한 해결책

답변 확인(슬라이드 4)

결론(슬라이드 5)
반사

(수업이 마음에 들었던 사람은 "엄지 업" 동작으로 손을 들었습니다(슬라이드 6), 마음에 들지 않은 사람은 "엄지 아래로" 동작으로 손을 들었습니다(슬라이드 7)

숙제: 문단 78, ex. 15 (2.6)

항해자

주제: "I 열역학 법칙."

에너지 보존과 변환의 법칙을 열 현상으로 확장합니다.

내부 에너지의 변화:

문제:

일반적인 경우 내부에너지는 어떻게 변하는가?

ΔU = A 내선 + Q

결론:

시스템이 한 상태에서 다른 상태로 전환되는 동안 시스템의 내부 에너지 변화는 외부 힘의 작업과 시스템으로 전달되는 열량의 합과 같습니다.
Ar = - 내선

슬라이드 2

수업 목표:

2 기체 법칙 이론을 검토합니다. 열역학 제1법칙을 검토합니다. 열역학 제1법칙을 등공정에 적용하는 것을 고려합니다.

슬라이드 3

3 정면 조사 온도 압력 부피 변경할 수 없는 매크로 매개변수는 무엇입니까? 과정: 등온, 등압, 등방성 어떤 등과정을 알고 있나요?

슬라이드 4

아이소프로세스의 이름과 해당 법률 간의 일치성을 결정합니다.

4 게이뤼삭의 법칙 샤를의 법칙 보일-마리오트의 법칙

슬라이드 5

5 아이소프로세스의 이름과 해당 그래프 사이의 대응 관계를 결정합니다. T V P T P V

슬라이드 6

6 T = const, T = 0 보일-마리오트 법칙 U = 0 P = const 게이뤼삭 법칙 A = 0 샤를 법칙 V = const V = 0

슬라이드 7

단열 과정

7 환경과의 열교환 없이 진행되는 과정 Q = 0. 일을 함으로써 기체의 내부 에너지가 변합니다.

슬라이드 8

8 http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/6cd0134b-bfec-4dcd-88bb- 88c63280df06/%5BPH10_06-014%5D_%5BIM_35%5D.swf

슬라이드 9

슬라이드 10

10 열역학 제1법칙을 공식화하라. 자연의 에너지는 무에서 발생하지도 않고 사라지지도 않습니다. 에너지의 양은 변하지 않고 한 형태에서 다른 형태로 전달될 뿐입니다. 열 현상으로 확장된 에너지 보존 및 변환의 법칙을 열역학 제1법칙이라고 합니다.

슬라이드 11

11 무엇을 보여주나요? 내부 에너지의 변화는 어떤 양에 달려 있습니까?

슬라이드 12

12 열역학 제1법칙의 수학적 표기법은 무엇입니까? 외부 물체에 대한 일(가스 작업)을 고려하면 Q = U + A1 계로 전달된 열의 양은 내부 에너지를 변경하고 계가 외부 물체에 일을 수행하는 데 사용됩니다 U = A + Q

슬라이드 13

슬라이드 14

14 체육 시간 우리는 쓰고, 풀고, 조금 피곤해졌고, 회전하고, 몸을 구부리고 앉았고, 다시 쓰고 풀고 계산할 준비가되었습니다.

슬라이드 15

15 냉각되면 신체의 내부 에너지는 어떻게 변합니까? 감소 증가 변하지 않음

슬라이드 16

용기 안의 가스가 압축되어 30J의 일을 했습니다. 가스의 내부 에너지는 25J 증가했습니다. 가스는 어떻게 되었나요?

16개 가스에서 Q=5 J 제공 가스 수신 Q=5 J 가스 수신 Q=55 J 가스 제공 55 J

슬라이드 17

17 이상 기체가 상태 1에서 상태 3으로 이동하는 이유는 무엇입니까? 그래프에 표시됩니다. 기체가 하는 일은 무엇인가? 2P0 V0 P0 V0 0 4P0 V0

슬라이드 18

시험

18 C:\Documents and Settings\User\Desktop\49562.oms 테스트

슬라이드 19

문제: A – 3점; B – 4점; B – 5점

19 피스톤 아래 수직으로 위치한 실린더에는 T = 323 K의 가스가 있으며 V1 = 190 cm 3의 부피를 차지합니다. 피스톤의 질량은 M = 120kg이고 면적은 S = 50cm 2입니다. 대기압 p0 = 100kPa. 가스는 T=100K로 가열됩니다. A. 피스톤 아래의 가스 압력을 결정합니다. B. 가열 후 가스가 차지하는 부피는 얼마나 변합니까? B. 팽창하는 동안 기체가 한 일을 구하십시오.

슬라이드 20

문제의 해결

20 주어진 값: T1= 323 K V1= 190 cm3 M=120 kg S=50 cm2 P0 = 100 kPa T=100 K A. P1 - ? B.V- ? B. A= ? 해결책: A. 피스톤에 가해지는 압력은 대기압과 피스톤 자체의 압력의 합과 같습니다. Р1 = Р0+ Р1 = 105+= = 340kPa

슬라이드 21

21 해법: 2. 등압 P의 상태 방정식을 쓰십시오. V V =V= 0.59 cm3

슬라이드 22

22 풀이: 3. 팽창하는 동안 기체의 일은 다음 공식에 의해 결정됩니다: A=p1V 우리는 이전 단계에서 이미 p1과 V에 대한 식을 얻었습니다. 따라서 A = (P0+), 숫자 값을 대입하여 필요한 값을 찾아보겠습니다. A = 20 J 답: A.P0 = 340 kPa B.V = 0.59 cm3 V.A = 20 J

슬라이드 23

문제의 해결책을 요약해보자

23 5점 – “5”점 4점 – “4”점 3점 – “3”점

자율 기관

직업 교육

한티만시스크 자치 오크루그 - 우그라

"수르구트 폴리테크닉 칼리지"

Kuzmaul Maria Sergeevna, 물리학 교사

수업 주제: 열역학 제1법칙. 아이소프로세스에 열역학 제1법칙 적용

표적 : 열역학 시스템의 에너지 보존 법칙인 열역학 제1법칙을 소개하고, 등공정을 고려할 때 열역학의 물리적 내용을 밝히고, 열역학 제1법칙을 사용하여 기체 공정을 설명하는 능력을 개발합니다.

작업:

교육적인: 열역학 시스템의 에너지 보존 법칙인 열역학 제1법칙을 연구하고, 특정 과정을 고려할 때 물리적 내용을 밝히고, 등온, 등압, 등온, 단열 과정의 개념을 소개하고, 열역학 제1법칙을 사용할 수 있는 능력을 개발합니다. 가스 공정을 설명합니다.

개발 중: 문제 해결 시 열역학 제1법칙을 적용하는 기술을 개발하고, 문제 해결을 위한 알고리즘을 만드는 방법을 가르치고, 인지적 관심을 개발합니다.

인상: 자연에 대한 과학적 지식을 바탕으로 학생들의 세계관을 교육한다.

수업용 장비 : 멀티미디어 프로젝터, 스크린, 테이블, 마개 달린 시험관, 온도계, 물, 종이, 테이블 "각종 물질의 비열량"

수업 유형: 결합된

수업 지도 방법: 서면조사, 대화, 알고리즘화 방법, ICT 활용.

강의 계획.

수업 단계

시간, 분

기술 및 방법

1. 조직적인 순간

2. 지식 테스트

서면 조사, 실무 작업.

3. 새로운 주제를 공부하세요

스토리, 시연, 노트북, 대화

4. 소재 강화(문제 해결)

문제 해결, 질문에 답하기

5. 반성

질문에 대한 답변

6. 코멘트가 있는 숙제

수업 중

수업의 조직적인 순간.

안녕하세요, 오늘 우리는 "열역학 기초" 장에 대한 연구를 계속합니다. 먼저 지난 수업에서 공부한 내용을 복습하고, 새로운 내용을 공부하는 것으로 넘어가겠습니다.

2. 주제에 대한 지식 테스트:"결정질 및 비정질체. 내부 에너지. 내부 에너지를 변경하는 방법":

나. 다음 두 가지 옵션에 대해 서면 설문조사를 실시하세요.

옵션 1개

옵션 2

1. 결정체란 무엇입니까?

1. 비정질체란 무엇입니까?

2. 결정체의 특성을 나열하십시오.

2. 비정질체의 특성을 나열하십시오.

3. 칠판에는 에보나이트, 진주, 플라스틱, 다이아몬드, 소금, 유리, 고무, 흑연, 폴리에틸렌, 호박, 소다 등 다양한 몸체의 목록이 있습니다.

목록에서 비정질체를 선택하세요.

답변: 에보나이트, 플라스틱, 유리, 고무, 폴리에틸렌.

목록에서 결정질 고체를 선택하세요.

답: 다이아몬드, 소금, 진주, 소다, 흑연

4. 일반업무 (모든 옵션에 대해) - 경험을 바탕으로 관찰된 현상을 설명합니다.

"신체 내부 에너지의 변화"

경험 No. 1. 장비 및 재료: 1) 마개로 닫힌 화학 시험관; 2) 온도계; 3) 냉수를 담은 100mm 주둥이가 있는 측정 실린더; 4) 종이 한 장; 5) 표 "물질의 비열 용량".

작업 순서

시험관에 약간의 물(8~10g)을 붓고 온도를 측정합니다.

시험관을 마개로 닫고 종이로 감쌉니다. 시험관에 담긴 물을 30~40초 동안 세게 흔듭니다.

시험관을 열고 다시 물의 온도를 측정합니다.

내부 변화를 계산합니다.에너지 물.

측정 및 계산 결과를 노트북에 기록하십시오.

질문에 답하세요:

실험 중에 물의 내부에너지는 어떻게 변했나요?

실험에서 물의 내부에너지는 어떻게 변화시켰나요?

실험 중에 물이 담긴 시험관을 종이로 싸야 했던 이유는 무엇입니까?

수행된 작업에 대한 신체의 내부 에너지 변화의 의존성에 대해 무엇을 말할 수 있습니까?

2번 경험. 손바닥을 서로 문지릅니다. 당신은 무엇을 느끼나요? 손바닥이 뜨거워지는 이유는 무엇입니까? (학생들은 작업이 완료되면 내부 에너지가 변한다고 설명합니다.)

3. 새로운 자료를 연구합니다.

1). 내부 에너지, 내부 에너지를 변경하는 방법 및 열량 계산 공식에 대한 내용을 반복합니다.주제자료를 체계화하라 다이어그램 형식으로 질문에 답합니다.

내부 에너지를 무엇이라고 부르나요?

내부 에너지를 어떤 방법으로 바꿀 수 있습니까?

일이란 무엇입니까?

열의 양을 무엇이라고 합니까?

열의 방출과 흡수를 수반하는 과정을 말해보세요.

2). 새로운 주제 학습

구두 정보:

19세기 중반쯤. 수많은 실험을 통해 기계적 에너지는 흔적 없이 사라지지 않는다는 것이 입증되었습니다. 예를 들어, 망치가 납 조각에 떨어지면 납은 매우 특정한 방식으로 가열됩니다. 동시에 가열되는 마찰력 제동 본체

많은 유사한 관찰과 실험적 사실의 일반화를 바탕으로 에너지 보존 법칙이 공식화되었습니다.

자연의 에너지는 무에서 발생하지도 않고 사라지지도 않습니다. 에너지의 양은 변하지 않고 한 형태에서 다른 형태로 전달될 뿐입니다.

에너지 보존 법칙은 모든 자연 현상을 지배하고 이들을 하나로 연결합니다. 이 위대한 법칙이 성취되지 않은 경우는 단 한 건도 알려져 있지 않습니다.

이 법칙은 19세기 중반에 발견되었습니다. 독일 과학자, R. Mayer(1814-1878), 영국 과학자 D. Joule(1818-1889)을 훈련한 의사이며 독일 과학자 G. Helmholtz(1821-1894)의 연구에서 가장 정확한 공식을 받았습니다.

열 현상으로 확장된 에너지 보존 및 변환의 법칙을 열역학 제1법칙이라고 합니다.

열역학에서는 무게 중심이 사실상 변하지 않는 물체를 고려합니다. 그러한 물체의 기계적 에너지는 일정하게 유지됩니다. 각 물체의 내부 에너지만 변할 수 있습니다.

기록에:

한 상태에서 다른 상태로 전환하는 동안 시스템의 내부 에너지 변화는 외부 힘의 작업과 시스템으로 전달되는 열량의 합과 같습니다.

∆유 = ㅏ + 큐 .

일 대신 자주ㅏ 시스템 위의 외부 기관이 작업을 고려합니다.ㅏ" 외부 기관에 대한 시스템. 고려해 보면A"=-A, 열역학 제1법칙은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

큐 =∆ 유 + ㅏ ′

시스템으로 전달된 열의 양은 내부 에너지를 변경하고 시스템에 의해 외부 물체에 작업을 수행하는 데 사용됩니다..

다양한 과정에 대한 열역학 제1법칙의 적용

학생들은 교사로부터받은 정보를 표 형식으로 기록합니다.

(댓글: 테이블 형태는 책상에 미리 배부해두었고, 선생님께서 보드로 작업하고 계십니다.)

Q=ΔU+A'

또는

ΔU=A+Q

열역학 제1법칙의 공식을 참조하세요.

단열

질문= const

∆유 = ㅏ

내부 에너지의 변화는 수행된 작업으로 인해 발생합니다.

열역학 제1법칙을 사용하면 발생하는 과정의 본질에 대해 중요한 결론을 내릴 수 있습니다. 물리량 중 하나가 변하지 않는 다양한 프로세스(아이소프로세스)를 고려해 보겠습니다. 시스템을 이상기체로 놔두세요. 이것은 가장 간단한 경우입니다.

등온 과정.

등온 과정에서(T=const) 이상기체의 내부에너지는 변하지 않는다. 공식에 따르면 가스로 전달된 전체 열량이 작업을 수행하는 데 사용됩니다.큐 = ㅏ " .

가스가 열을 받으면( 큐 >0), 그런 다음 긍정적인 작업을 수행합니다(A">0). 반대로 가스가 환경(온도 조절기)에 열을 방출하면큐 <0 그리고ㅏ"<0. 후자의 경우 가스에 대한 외력의 작용은 긍정적입니다.

등변성 과정.

등방성 과정에서는 기체의 부피가 변하지 않으므로 기체가 한 일은 0입니다. 내부 에너지의 변화는 이동된 뗏목의 양과 같습니다.∆ 유 = 큐 .

가스가 뜨거워지면큐 >0 그리고∆ 유 >0, 내부 에너지가 증가합니다. 가스를 냉각할 때큐 <0 그리고∆ 유 = 유 2 - 유 엘 <0, 내부 에너지의 변화는 음수이며 가스의 내부 에너지는 감소합니다.

등압 과정.

등압 과정에서 (피 = const) 가스로 전달되는 열의 양은 내부 에너지를 변경하고 일정한 압력에서 작업을 수행합니다.

큐 =∆ 유 + ㅏ ′

단열 과정.

이제 주변 물체와 열을 교환하지 않는 시스템에서 발생하는 과정을 고려해 보겠습니다.

단열 시스템의 과정을 단열이라고 합니다.

단열 과정에서큐 =0 방정식에 따르면 내부 에너지의 변화는 수행된 작업으로 인해 발생합니다.

∆유 = ㅏ .

물론, 열 전달을 절대 허용하지 않는 쉘로 시스템을 둘러싸는 것은 불가능합니다. 그러나 많은 경우 실제 과정은 단열에 매우 가까운 것으로 간주될 수 있습니다. 이를 위해서는 프로세스 중에 시스템과 주변 몸체 사이에 눈에 띄는 열 교환이 없도록 충분히 빠르게 진행해야 합니다.

4. 통합(문제 해결).

열역학 제1법칙을 활용하고 적용하는 다양한 문제 사례를 살펴보겠습니다.

닫힌 실린더에 가스가 있습니다. 냉각되면 내부 에너지가 500kJ 감소했습니다. 가스가 얼마나 많은 열을 발산했습니까? 그 사람이 작업을 완료했나요?

주어진 값: ΔU = -500 J;

찾기: Q - ? ㅏ - ?

V = const - 등방성 과정

1) ΔU=Q - 우리의 상태에 대한 열역학 제1법칙.

Q = -500J

2) 부피는 변하지 않기 때문에: A = P ΔV →A = 0 - 가스가 작동하지 않습니다.

답: Q = -500J; A = 0

"-" 기호는 가스가 일정량의 열을 방출함을 나타냅니다.

과제-질문(질적)

바닥에 물이 있는 용기에 공기를 펌핑했습니다. 수도꼭지가 열리고 압축 공기가 튀어나오자 용기는 물안개로 가득 찼습니다. 왜 이런 일이 일어났나요?

수도꼭지를 열면 공기가 팽창하여 빠져나오기 시작합니다. 이 과정은 매우 빠르게 발생하며 단열 팽창으로 간주될 수 있습니다. 그리고 단열 팽창 동안 열역학 제1법칙에 따라 가스의 내부 에너지가 감소하므로 온도가 감소합니다. 온도가 낮아지면 용기 내의 증기가 포화되어 응축이 발생합니다.

읽다조건 정의, 문제 분석(일반 법칙 사용) 및 해결 방법.

응축이 무엇인지, 즉 포화 증기를 기억하십시오.

그래픽

그림과 같이 이상기체는 상태 1에서 상태 4로 변합니다. 기체가 한 일을 계산해 보세요.

가스가 수행하는 모든 작업은 개별 섹션의 작업 합계와 같습니다.

일정의 각 섹션에 대한 작업을 결정하기 위해 다음을 결정합니다.

어떤 매개변수가 일정합니까? 이를 기반으로 이 프로세스에 대한 열역학 법칙의 항목 1을 결정합니다.

학생들은 고려된 문제 해결 사례를 바탕으로 문제 해결을 위한 일반적인 알고리즘을 만들어 봅니다. 그런 다음 교사는 활동에 참여하고 학생들과 함께 알고리즘을 조정합니다.

열역학 문제 해결을 위한 일반 알고리즘

1. 작업 조건을 주의 깊게 읽고 작업 유형을 결정합니다.

2. 문제에 대한 간략한 설명을 적습니다.

3. 측정 단위를 SI로 변환합니다(필요한 경우).

4. 가스의 각 상태를 특성화하는 매개변수 p, V 및 T를 결정합니다. 필요한 공정에 대한 열역학 법칙 1개를 적고, 필요한 경우 추가 공식(내부 에너지, 일, 열량, 기체 법칙 계산용)을 적습니다.

6. 수학적 변환 및 계산을 수행합니다.

7. 결과를 분석하고 답을 적어보세요.

5. 반성

오늘 수업에서 우리는 열역학 제1법칙을 공부했고, 등온, 등압, 등온, 단열 등 등과정을 고려할 때 물리적 내용을 밝혔으며, 열역학 제1법칙을 사용하여 기체 과정을 설명하는 방법을 배웠습니다.

6. 숙제: 공부 § 78, 79, 공책에 메모를 외우고, 연습 15 완료(7, 8번)

서지:

Kamenetsky S.E., Orekhov V.P. 고등학교 물리학 문제 해결 방법: 교사용 매뉴얼. -M .: 교육, 1971. - 448 p.

우소바 A.V. 물리적 문제 해결에 관한 워크숍: 물리학 및 수학 학생들을 위한 매뉴얼. f-tov/A.V. 우소바, N.N. Tulkibaeva. -M .: 교육, 2001. - 208 p.