Interesujące fakty 

Lekcja z pierwszej zasady termodynamiki. Lekcja: Zastosowanie pierwszej zasady termodynamiki. ciepło przenoszone przez granice systemu

Cele Lekcji:

  • edukacyjny:
    •  wprowadzać pierwszą zasadę termodynamiki jako zasadę zachowania energii układu termodynamicznego, ujawniać jej zawartość fizyczną przy rozpatrywaniu konkretnych procesów, kontynuować rozwijanie umiejętności opisu procesów cieplnych za pomocą wielkości i praw fizycznych;
  • rozwijanie:
    •      rozwój pamięci, szybkość reakcji, kreatywność, umiejętność zastosowania zdobytej wiedzy w praktyce, rozwój zainteresowań poznawczych.
  • edukacyjny:
    •      kształtowanie cech komunikacyjnych, kultury komunikacji, kultywowanie światopoglądu uczniów w oparciu o metodę naukowego poznania przyrody, kultywowanie obserwacji, kultywowanie determinacji, wytrwałości w dążeniu do celu.

Sprzęt do lekcji: na każdym stole znajduje się probówka z zimną wodą, termometr, papier, radiator, manometr, karty pracy, rzutnik multimedialny, komputer, ekran.

Podczas zajęć

1. Moment organizacyjny. Pozdrawiam, gotowość do lekcji.

2. Aktualizacja wiedzy podstawowej.

Uczniowie wykonują zadania testowe w oparciu o opcje.

opcja 1

1. Ruch Browna to:

A) ruch termiczny cząstek zawieszonych w cieczy (lub gazie);

B) chaotyczny ruch cząstek zawieszonych w cieczy;

B) uporządkowany ruch cząsteczek cieczy;

D) uporządkowany ruch cząstek zawieszonych w cieczy.

2. Który z poniższych wzorów pozwala obliczyć średnią energię kinetyczną ruchu translacyjnego cząsteczek gazu: A) p=nkT; B) E=3/2kT; B) p=1/3m 0 nv 2

3. Jak zmieni się ciśnienie gazu doskonałego, gdy temperatura bezwzględna podwoi się, a objętość podwoi się? (masa gazu się nie zmienia)

A) wzrośnie 4 razy; B) zmniejszy się 4 razy; B) nie ulegnie zmianie; D) wzrośnie 2 razy.

4. Proces zmiany układu termodynamicznego przy stałym ciśnieniu nazywa się: A) izotermicznym; B) izochoryczny; B) izobaryczny.

5. Które wyrażenie odpowiada prawu Boyle’a-Mariotte’a:

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

6. Rysunek przedstawia wykres p(V), m = const. Jaki proces przemiany gazu pokazano na rysunku?

A) rozszerzalność izotermiczna; B) ekspansja izobaryczna; B) kompresja izobaryczna; D) ogrzewanie izochoryczne.

Opcja 2

1. Który z poniższych przepisów jest sprzeczny z podstawami ICT:

A) substancja składa się z cząsteczek;

B) cząsteczki substancji poruszają się losowo;

C) wszystkie cząsteczki oddziałują ze sobą;

d) wszystkie cząsteczki substancji mają tę samą prędkość.

2. Który z poniższych wzorów pozwala obliczyć liczbę cząstek:

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

3. Jak zmieni się ciśnienie gazu doskonałego, jeśli liczba cząsteczek gazu i jego objętość podwoją się, a temperatura pozostanie niezmieniona?

A) wzrośnie 2 razy; B) zmniejszy się 2 razy; B) wzrośnie 4 razy; D) nie ulegnie zmianie.

4. Energia wewnętrzna jednoatomowego gazu doskonałego jest równa:

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

5. Gaz, w którym interakcja między jego cząsteczkami jest znikoma, nazywa się:

A) prawdziwy; B) absolutny; B) idealny; D) za darmo.

6. Rysunek przedstawia wykres p(T), m=const. Jaki proces przemiany gazu pokazano na rysunku?

A) ogrzewanie izochoryczne; B) chłodzenie izochoryczne; B) rozszerzalność izotermiczna;

D) ekspansja izobaryczna.


3. Doświadczenie czołowe „Zmiana energii wewnętrznej ciała podczas wykonywania pracy”. Slajd aplikacji 2.

Sprzęt i materiały: probówka chemiczna, termometr laboratoryjny, cylinder miarowy z zimną wodą, kartka papieru.

Porządek pracy:

1. Do probówki wlej 10 ml wody i zmierz jej temperaturę.

2. Zamknij probówkę korkiem (lub kciukiem, jeśli nie ma korka) i zawiń ją w papier. Energicznie potrząsaj wodą w probówce przez 40 sekund (zanotuj czas, korzystając ze stopera w zegarku lub telefonie komórkowym).

3.Otwórz probówkę i ponownie zmierz temperaturę wody.

4.Odpowiedz na pytania:

a) Jak zmieniła się energia wewnętrzna wody podczas doświadczenia?

b) Jak zmieniłeś energię wewnętrzną wody w doświadczeniu?

c) Dlaczego podczas doświadczenia probówkę z wodą trzeba było owinąć papierem?

d) Co można powiedzieć o zależności zmiany energii wewnętrznej ciała od wykonanej pracy?

4. Przestudiuj nowy temat

W połowie XIX wieku wykazały to liczne eksperymenty że energia mechaniczna nigdy nie znika bez śladu. Dodatek Slajd 3

Ogrzanie ciała może nastąpić bez przekazania mu jakiejkolwiek ilości ciepła, a jedynie poprzez wykonanie pracy. . Zjawisko to na szeroką skalę zaobserwował w 1798 r. B. Rumfoord. Podczas wiercenia lufy armaty, co odbywało się przy pomocy koni obracających duże wiertło, Rumfoordowi udało się zagotować umieszczony na lufie kocioł z wodą. Rumfoord zasugerował, że woda nagrzewa się podczas pracy wykonywanej podczas wiercenia.

Jak rozpalić ogień suchymi kawałkami drewna, czyli podgrzać drewno do temperatury wyższej od temperatury zapłonu?

Wzrost temperatury ciała może być spowodowany zarówno wykonywaniem pracy, jak i przekazywaniem ciepła. Dodatek Slajd 4.

Prawo zachowania energii w mechanice:

Energia w przyrodzie nie powstaje z niczego i nie znika: ilość energii pozostaje niezmienna, jedynie przechodzi z jednej formy w drugą. (Przykładowo młotek spada na kawałek ołowiu i ołów się nagrzewa - energia potencjalna młotka zamienia się w energię kinetyczną, następnie energia mechaniczna zamienia się w energię wewnętrzną ciała).

Prawo zachowania i przemiany energii, rozszerzone na zjawiska termiczne, nazywane jest pierwszą zasadą termodynamiki.

Dodatek Slajd 5.

Termodynamika uwzględnia ciała, których środek ciężkości pozostaje praktycznie niezmieniony. Energia mechaniczna takich ciał pozostaje stała; zmienia się tylko energia wewnętrzna każdego ciała. Pierwszą zasadę termodynamiki odkrył w połowie XIX wieku niemiecki naukowiec lekarz Mayer (1814–1878), angielski naukowiec D. Joule (1818–1889) i otrzymał najbardziej precyzyjne sformułowanie w pracach niemieckiego naukowca Helmholtza (1821-1894).

W ogólnym przypadku, gdy układ przechodzi z jednego stanu do drugiego, energia wewnętrzna zmienia się jednocześnie zarówno w wyniku wykonanej pracy, jak i w wyniku wymiany ciepła.

Pierwsza zasada termodynamiki: Zmiana energii wewnętrznej układu podczas przejścia z jednego stanu do drugiego jest równa sumie pracy sił zewnętrznych i ilości ciepła przekazanego układowi:

Jeżeli układ jest izolowany (zamknięty), to znaczy nie jest wykonywana nad nim żadna praca (A = 0) i nie wymienia ciepła z otaczającymi ciałami (Q = 0). Wtedy w tym przypadku, zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki, U = 0 (U 1 = U 2).

Energia wewnętrzna izolowanego układu pozostaje niezmieniona (zachowana).

Biorąc pod uwagę, że A / = - A, otrzymujemy Q=A / +U

Ilość ciepła przekazana do układu ulega zmianie jego energii wewnętrznej i wykonaniu przez układ pracy nad ciałami zewnętrznymi.

5.Kształcenie umiejętności i zdolności: Dodatek Slajd 6

1. Gaz doskonały otrzymał ilość ciepła 300 J i wykonał pracę równą 100 J. Jak zmieniła się energia wewnętrzna gazu?

A. wzrosła o 400 J
B. zwiększona o 200 J
V. zmniejszył się o 400 J
G. zmniejszył się o 200 J

2. Gaz doskonały wykonał pracę równą 100 J i oddał ilość ciepła równą 300 J. Jak zmieniła się energia wewnętrzna?

A. wzrosła o 400 J
B. zwiększona o 200 J
V. zmniejszył się o 400 J
G. zmniejszył się o 200 J

3. Gaz doskonały wykonał pracę 300 J. W tym samym czasie energia wewnętrzna spadła o 300 J. Jaka jest wartość wielkości w tym procesie?

A. dał 600 J
B. dał 300 J
V. otrzymał 300 J
G. nie dawał ani nie otrzymywał ciepła.

Dodatek Slajd 7

4. Gaz doskonały wykonał pracę 300 J. Jednocześnie jego energia wewnętrzna

A. dał 600 J
B. dał 300 J
V. otrzymał 600 J
G. otrzymał 300 J

Po zakończeniu pracy uczniowie sprawdzają swoją pracę i sami ją oceniają. (Odpowiedzi pojawiają się na ekranie) Dodatek Slajd 8.

Czy możliwe jest stworzenie urządzenia „perpetuum mobile”?

Niemożność stworzenia perpetuum mobile – urządzenia zdolnego do wykonania nieograniczonej ilości pracy bez zużycia paliwa lub innych materiałów. Jeżeli do układu nie jest dostarczane ciepło (Q = 0), wówczas należy wykonać pracę A / zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki Q=A / +U można osiągnąć jedynie poprzez zmniejszenie energii wewnętrznej: A / = - U. Po wyczerpaniu się rezerwy energii silnik przestanie pracować.

Nie można powiedzieć, że układ zawiera określoną ilość ciepła lub pracy. Zarówno praca, jak i ilość ciepła są wielkościami charakteryzującymi zmianę energii wewnętrznej układu w wyniku danego procesu i wielkości te wyrażane są w dżulach. Energia wewnętrzna układu może zmieniać się jednakowo zarówno w wyniku pracy wykonanej przez układ, jak i w wyniku przekazania dowolnej ilości ciepła do otaczających ciał. Na przykład ogrzane powietrze w cylindrze może zmniejszyć swoją energię poprzez chłodzenie bez wykonywania żadnej pracy. Ale może stracić dokładnie taką samą ilość energii, poruszając tłokiem, nie przekazując ciepła otaczającym ciałom. W tym celu ścianki cylindra i tłok muszą być termoszczelne.

Wniosek: Nie da się stworzyć „perpetuum mobile”!

6. Podsumowanie. Praca domowa. § 56 problemów nr 3, 4.

Cele Lekcji:

    pogłębiać wiedzę na temat izoprocesów, ćwiczyć umiejętność rozwiązywania problemów na ten temat, rozwijać umiejętności komunikacyjne, umiejętności i uczyć poczucia własnej wartości.

Podczas zajęć

Przygotowanie do pracy w grupach.

Praca z klasą (ustnie).

Co to jest energia wewnętrzna?

Jak zmienić energię wewnętrzną gazu?

Jak określić ilość ciepła potrzebną do ogrzania ciała?

Napisz równanie bilansu cieplnego trzech ciał.

Kiedy ilość ciepła jest ujemna?

Jak wyznaczyć pracę wykonaną przez gaz podczas rozprężania?

Czym różni się praca gazu od działania sił zewnętrznych?

Sformułuj pierwszą zasadę termodynamiki dotyczącą działania sił zewnętrznych.

Sformułuj pierwszą zasadę termodynamiki dotyczącą pracy w gazie.

Zastosowanie pierwszej zasady termodynamiki do procesu izochorycznego.

Zastosowanie pierwszej zasady termodynamiki do procesu izobarycznego.

Zastosowanie pierwszej zasady termodynamiki do procesu izotermicznego.

Jaki proces nazywamy adiabatycznym?

Zastosowanie pierwszej zasady termodynamiki do procesu adiabatycznego.

Praca w grupach.

Każda grupa otrzymuje arkusz, na którym wskazane są zadania teoretyczne i zadania. Część teoretyczna zawiera pięć pytań. Grupa zadaje pytanie odpowiadające jej numerowi, aby przygotować się do odpowiedzi. Część praktyczna zawiera dziesięć problemów, po dwa na każdy z określonych tematów teoretycznych. Zadania są ułożone losowo. Oznacza to, że uczniowie muszą najpierw znaleźć problemy pasujące do ich pytania teoretycznego, a następnie je rozwiązać. Dodatkowe dane do rozwiązywania problemów pochodzą z podręczników.

Po zakończeniu pracy przez grupy z każdej grupy wywoływane jest kolejno dwóch uczniów: jeden odpowiada na teorię, drugi zapisuje na tablicy krótkie przedstawienie jednego problemu. (Inne zadanie tej grupy może być sprawdzane wybiórczo na tej samej lekcji lub na następnej.) Wszyscy członkowie grupy powinni umieć odpowiedzieć na teorię i wyjaśnić problemy; Zachęcamy do korzystania z dodatkowych materiałów w części teoretycznej.

Wszyscy uczniowie zapisują zadania w zeszytach.

Jasna organizacja pracy sprzyja aktywnej aktywności wszystkich dzieci. Na koniec lekcji koordynatorzy grup przekazują arkusze, na których odnotowują wkład członków grupy w jej pracę.

Ostatecznej oceny aktywności grup i poszczególnych uczniów dokonuje nauczyciel.

Przykładowy arkusz.

Część teoretyczna

1. Proces izochoryczny.

2. Proces izotermiczny.

3. Proces izobaryczny.

4. Proces adiabatyczny.

5. Wymiana ciepła w układzie zamkniętym.

Część praktyczna

1. W cylindrze pod tłokiem znajduje się 1,25 kg powietrza. Aby ogrzać go do temperatury 40°C pod stałym ciśnieniem, zużyto 5 kJ ciepła. Wyznacz zmianę energii wewnętrznej gazu.

2. 0,02 kg dwutlenku węgla ogrzewa się przy stałej objętości. Wyznacz zmianę energii wewnętrznej gazu po ogrzaniu od 200°C do 1080°C (c = 655 J/(kg·K)).

3. Izolowany termicznie cylinder z tłokiem zawiera azot o masie 0,3 kg w temperaturze 200°C. Azot ekspandując wykonuje pracę 6705 J. Wyznacz zmianę energii wewnętrznej azotu i jego temperatury po ekspansji (c = 745 J/(kg K)).

4. Gazowi przekazywana jest pewna ilość ciepła, w wyniku czego rozszerza się on izotermicznie od objętości 2 litrów do objętości 12 litrów. Ciśnienie początkowe wynosi 1,2 · 106 Pa. Wyznacz pracę wykonaną przez gaz.

5. Do kolby szklanej o masie 50 g, która zawierała 185 g wody o temperaturze 200°C, wlano pewną ilość rtęci o temperaturze 1000°C i podniesiono temperaturę wody w kolbie do 220°C. Wyznacz masę rtęci.

6. 1,43 kg powietrza zajmuje objętość 0,5 m3 w temperaturze 0°C. Do powietrza została oddana pewna ilość ciepła, która rozprężyła się izobarycznie do objętości 0,55 m3. Znajdź wykonaną pracę, ilość pochłoniętego ciepła, zmianę temperatury i energię wewnętrzną powietrza.

7. W cylindrze pod tłokiem znajduje się 1,5 kg tlenu. Tłok jest nieruchomy. Jaka ilość ciepła musi zostać dostarczona do gazu, aby jego temperatura wzrosła o 80°C? Jaka jest zmiana energii wewnętrznej? (cv= 675 J/(kg·K))

8. Cylinder pod tłokiem zawiera 1,6 kg tlenu o temperaturze 170°C i ciśnieniu 4,105 Pa. Gaz wykonał pracę z izotermicznym rozszerzaniem 20 J. Ile ciepła zostało przekazane gazowi? Jaka jest zmiana energii wewnętrznej gazu? Jaka była pierwotna objętość gazu?

9. Ile ciepła zostanie wydzielone podczas skroplenia 0,2 kg pary wodnej o temperaturze 1000C, a otrzymaną z niej wodę schłodzimy do temperatury 200C?

10. Butlę z gazem umieszcza się w żaroodpornej obudowie. Jak zmieni się temperatura gazu, jeśli objętość cylindra będzie stopniowo zwiększana? Jaka będzie zmiana energii wewnętrznej gazu, jeśli nad gazem zostanie wykonana praca 6000 J?

Scenariusz zajęć na ten temat:

„Pierwsza zasada termodynamiki”

Abramowa Tamara Iwanowna, nauczycielka fizyki

Cele: 1. Edukacyjne- sformułować 1 zasadę termodynamiki; rozważyć konsekwencje z tego wynikające.

2. Rozwojowe – rozwój metod aktywności umysłowej (analiza, porównanie, uogólnianie), rozwój mowy (opanowanie pojęć fizycznych, terminów), rozwój zainteresowań poznawczych uczniów.

3. Edukacyjne– kształtowanie światopoglądu naukowego, pielęgnowanie trwałego zainteresowania tematem, pozytywnego stosunku do wiedzy.

Formy organizacyjne i metody szkolenia:

  • Tradycyjny – rozmowa na etapie wprowadzającym do lekcji
  • Problematyczne – nauka nowego materiału edukacyjnego poprzez zadawane pytania

Środki edukacji:

  • Innowacyjny – komputer, projektor multimedialny
  • Drukowane – zadania testowe

Podczas zajęć:

  1. Organizowanie czasu
  2. Przegląd pracy domowej:
  • W jaki sposób można zmienić energię wewnętrzną układu? (z powodu wykonanej pracy lub wymiany ciepła z otaczającymi ciałami)
  • Jak wygląda praca gazu i działanie sił wewnętrznych na gaz pod stałym ciśnieniem? (A g = -A ext = p ΔV)
  • Mąka wychodzi spod kamieni młyńskich, gorąca. Chleb jest również wyjmowany z piekarnika na gorąco. Co powoduje wzrost energii wewnętrznej mąki i chleba w każdym z tych przypadków? (Mąka - wykonując pracę, chleb - poprzez wymianę ciepła)
  • W praktyce lekarskiej często stosuje się okłady rozgrzewające, okłady rozgrzewające i masaże. Jakie metody zmiany energii wewnętrznej stosuje się? (wymiana ciepła i wykonana praca)
  1. Wyjaśnienie nowego materiału:

Wiesz, że energia mechaniczna nigdy nie znika bez śladu.

Kawałek ołowiu podgrzewa się pod uderzeniami młotka i podgrzewa zimną łyżeczkę zanurzoną w gorącej herbacie.

Na podstawie obserwacji i uogólnień faktów eksperymentalnych sformułowano prawo zachowania energii.

Energia w przyrodzie nie powstaje z niczego i nie znika: ilość energii pozostaje niezmienna, jedynie przechodzi z jednej formy w drugą.

Prawo to odkryli w połowie XIX wieku niemiecki naukowiec R. Mayer i angielski naukowiec D. Joule. Dokładne sformułowanie prawa podał niemiecki naukowiec G. Helmholtz.

Rozważaliśmy procesy, w których energia wewnętrzna układu zmienia się w wyniku pracy lub wymiany ciepła z otaczającymi ciałami (slajd 1)

Jak zmienia się energia wewnętrzna układu w ogólnym przypadku? (slajd 2)

Pierwsza zasada termodynamiki została sformułowana specjalnie dla przypadku ogólnego:

ΔU = Aext + Q

Gaz = - A zew.,

Q = ΔU + Ag

Konsekwencje:

  1. System izolowany (A=O, Q=0)

Wtedy Δu = u2-u1=0, lub u1=u2 -Energia wewnętrzna izolowanego układu pozostaje niezmieniona

  1. Niemożność stworzenia perpetuum mobile – urządzenia zdolnego do wykonywania pracy bez zużycia paliwa.

Q = ΔU + Ag, Q=0,

Ar= - ΔU. Po wyczerpaniu rezerwy energii silnik przestanie działać.

  1. Konsolidacja

(praca z nawigatorem - dane wyjściowe są uogólnione)

Rozwiązanie problemu 1

Sprawdzanie odpowiedzi (slajd 3)

Rozwiązanie problemu 2

Sprawdzanie odpowiedzi (slajd 4)

  1. Wniosek (slajd 5)
  2. Odbicie

(Komu się podobała lekcja, podnosimy ręce gestem „kciuk w górę” (slajd 6), komu się nie podoba, podnosimy ręce gestem „kciuk w dół” (slajd 7)

  1. Praca domowa: klauzula 78, przykł. 15 (2,6)

Nawigator

Na temat: „I Prawo termodynamiki”.

Prawo zachowania i transformacji energii rozszerzone na zjawiska termiczne.

Zmiany energii wewnętrznej:

PROBLEM:

Jak zmienia się energia wewnętrzna w ogólnym przypadku?

ΔU = A wys. + Q

Wniosek:

  1. Zmiana energii wewnętrznej układu podczas przejścia układu z jednego stanu do drugiego jest równa sumie pracy sił zewnętrznych i ilości ciepła przekazanego układowi.
  2. Ar = - Zew

Slajd 2

Cele Lekcji:

2 Przejrzyj teorię praw gazowych Przejrzyj pierwszą zasadę termodynamiki Rozważ zastosowanie pierwszej zasady termodynamiki do izoprocesów

Slajd 3

3 Pomiar frontalny Temperatura Ciśnienie Objętość Które makroparametry mogą pozostać niezmienione? Procesy: izotermiczny, izobaryczny, izochoryczny Jakie znasz izoprocesy?

Slajd 4

Określ zgodność między nazwą izoprocesu a odpowiednim prawem

4 Prawo Gay-Lussaca Prawo Charlesa Prawo Boyle'a-Mariotte'a

Slajd 5

5 Określ zgodność między nazwą izoprocesu a odpowiadającym mu wykresem T V P T P V

Slajd 6

6 T = const, T = 0 Prawo Boyle’a-Mariotte’a U = 0 P = const Prawo Gay’a-Lussaca A = 0 Prawo Charlesa V = const V = 0

Slajd 7

Proces adiabatyczny

7 Proces przebiegający bez wymiany ciepła z otoczeniem Q = 0. Energia wewnętrzna gazu zmienia się w wyniku wykonania pracy.

Slajd 8

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

Slajd 9

Slajd 10

10 Sformułuj I zasadę termodynamiki. Energia w przyrodzie nie powstaje z niczego i nie znika: ilość energii pozostaje niezmienna, jedynie przechodzi z jednej formy w drugą. Prawo zachowania i przemiany energii, rozszerzone na zjawiska termiczne, nazywane jest pierwszą zasadą termodynamiki.

Slajd 11

11 Co to pokazuje? od jakich wielkości zależy zmiana energii wewnętrznej?

Slajd 12

12 Jaki jest zapis matematyczny pierwszej zasady termodynamiki? Jeżeli weźmiemy pod uwagę pracę na ciałach zewnętrznych (praca gazowa) Q = U + A1 Ilość ciepła przekazanego do układu idzie na zmianę jego energii wewnętrznej i wykonanie przez układ pracy na ciałach zewnętrznych U = A + Q

Slajd 13

Slajd 14

14 Minut Wychowania Fizycznego Napisaliśmy, rozwiązaliśmy, I trochę się zmęczyliśmy, Kręciliśmy się, odwracaliśmy, Pochylaliśmy się i siadaliśmy, I znowu jesteśmy gotowi pisać, Rozwiązywać i liczyć

Slajd 15

15 Jak zmienia się energia wewnętrzna ciała podczas ochładzania? maleje wzrasta nie ulega zmianie

Slajd 16

Gaz w naczyniu został sprężony, wykonując pracę 30 J. Energia wewnętrzna gazu wzrosła o 25 J. Co się stało z gazem?

16 gaz dał Q=5 J gaz otrzymał Q=5 J gaz otrzymał Q=55 J gaz dał 55 J

Slajd 17

17 Gaz doskonały przechodzi ze stanu 1 do stanu 3, ponieważ pokazane na wykresie. Jaka jest praca wykonana przez gaz? 2P0 V0 P0 V0 0 4P0 V0

Slajd 18

test

18 C:\Documents and Settings\Użytkownik\Desktop\49562.oms test

Slajd 19

Zadanie: A – 3 punkty; B – 4 punkty; B – 5 punktów

19 W pionowo umieszczonym cylindrze pod tłokiem znajduje się gaz o temperaturze T = 323 K, zajmujący objętość V1 = 190 cm 3. Masa tłoka wynosi M = 120 kg, jego powierzchnia wynosi S = 50 cm 2. Ciśnienie atmosferyczne p0 = 100 kPa. Gaz nagrzewa się o T=100 K. A. Określ ciśnienie gazu pod tłokiem. B. O ile zmieni się objętość zajmowana przez gaz po ogrzaniu? B. Znajdź pracę wykonaną przez gaz podczas rozprężania.

Slajd 20

Rozwiązanie problemu

20 Dane: T1= 323 K V1= 190 cm3 M=120 kg S=50 cm2 P0 = 100 kPa T=100 K A. P1 - ? B.V-? B. A=? Rozwiązanie: A. Ciśnienie wywierane na tłok jest równe sumie ciśnienia atmosferycznego i ciśnienia samego tłoka. Р1 = Р0+ Р1 = 105+= = 340 kPa

Slajd 21

21 Rozwiązanie: 2. Napisz równanie stanu dla izobarii P = const Rozwiąż otrzymane równanie V1 (T1+T)= T1 (V1 +V) V1 T1+ V1T= T1V1+T1 V V1T = T1 V V =V= 0,59 cm3

Slajd 22

22 Rozwiązanie: 3. Praca gazu podczas rozprężania jest określona wzorem: A=p1V. W poprzednich krokach otrzymaliśmy już wyrażenie na p1 i na V. Zatem A = (P0+), podstawmy wartości liczbowe i znajdźmy wymaganą wartość A = 20 J Odpowiedź: A.P0 = 340 kPa B.V = 0,59 cm3 V.A = 20 J

Slajd 23

Podsumujmy rozwiązanie problemu

23 5 punktów – wynik „5” 4 punkty – wynik „4” 3 punkty – wynik „3”

Instytucja autonomiczna

kształcenie zawodowe

Chanty-Mansyjski Okręg Autonomiczny - Ugra

„KOLEŻA POLITECHNICZNA SURGUT”

Kuzmaul Maria Sergeevna, nauczyciel fizyki

Temat lekcji: Pierwsza zasada termodynamiki. Zastosowanie pierwszej zasady termodynamiki do izoprocesów

Cel : wprowadzić pierwszą zasadę termodynamiki jako zasadę zachowania energii układu termodynamicznego, poznać jej zawartość fizyczną przy rozpatrywaniu izoprocesów, rozwinąć umiejętność wykorzystania pierwszej zasady termodynamiki do opisu procesów gazowych.

Zadania:

edukacyjny: poznać pierwszą zasadę termodynamiki jako zasadę zachowania energii układu termodynamicznego, ujawnić jej zawartość fizyczną przy rozpatrywaniu konkretnych procesów, wprowadzić pojęcia procesu izotermicznego, izobarycznego, izochorycznego, adiabatycznego, rozwinąć umiejętność stosowania pierwszej zasady termodynamiki do opisu procesów gazowych.

rozwijanie: rozwijać umiejętności stosowania pierwszej zasady termodynamiki przy rozwiązywaniu problemów, uczyć tworzenia algorytmu rozwiązywania problemów i rozwijać zainteresowania poznawcze.

wychowywanie: kształcenie światopoglądu uczniów w oparciu o metodę naukowego poznania przyrody.

Sprzęt na lekcję : projektor multimedialny, ekran, stół, probówka z korkiem, termometr, woda, kartka papieru, tablica „Ciepło właściwe różnych substancji”.

Typ lekcji: łączny

Metody nauczania lekcji: ankieta pisemna, rozmowa, metoda algorytmizacji, wykorzystanie technologii informacyjno-komunikacyjnych.

Plan lekcji.

Kroki lekcji

Czas, min.

Techniki i metody

1. Moment organizacyjny

2. Sprawdzian wiedzy

Ankieta pisemna, praca praktyczna.

3. Przestudiuj nowy temat

Opowieść, pokazy, zeszyty, dialog

4. Wzmocnienie materiału (rozwiązywanie problemów)

Rozwiązywanie problemów, odpowiadanie na pytania

5. Refleksja

Odpowiedzi na pytania

6. Praca domowa z komentarzami

Podczas zajęć

    Moment organizacyjny lekcji.

Witam, dzisiaj kontynuujemy naukę rozdziału „Podstawy termodynamiki”. Najpierw przejrzyjmy materiał przestudiowany na ostatniej lekcji, a następnie przejdźmy do studiowania nowego materiału.

2. Sprawdzanie wiedzy na tematy:„Ciała krystaliczne i amorficzne. Energia wewnętrzna. Sposoby zmiany energii wewnętrznej”:

I. Przeprowadź pisemną ankietę dotyczącą 2 opcji:

1 opcja

Opcja 2

1. Czym są ciała krystaliczne?

1. Czym są ciała amorficzne?

2. Wymień właściwości ciał krystalicznych.

2. Wymień właściwości ciał amorficznych.

3. Na tablicy znajduje się lista różnych ciał: ebonit, perły, plastik, diament, sól, szkło, guma, grafit, polietylen, bursztyn, soda.

wybierz ciała amorficzne z listy

Odpowiedź: ebonit, plastik, szkło, guma, polietylen.

wybierz z listy krystaliczne ciała stałe

Odpowiedź: diament, sól, perły, soda, grafit

4. Zadanie ogólne (dla wszystkich opcji) - wyjaśnij zaobserwowane zjawiska na podstawie doświadczenia:

„Zmiana energii wewnętrznej ciała”

Doświadczenie nr 1. Sprzęt i materiały: 1) probówka chemiczna, zamknięta korkiem; 2) termometr; 3) cylinder miarowy z wylewką o średnicy 100 mm z zimną wodą; 4) kartka papieru; 5) tabela „Ciepło właściwe substancji”.

Porządek pracy

    Do probówki wlej trochę wody (8-10 g) i zmierz jej temperaturę.

    Zamknij probówkę korkiem i zawiń ją w papier. Energicznie potrząsać wodą w probówce przez 30-40 sekund.

    Otwórz probówkę i ponownie zmierz temperaturę wody.

    Oblicz zmianę wewnętrznąenergia woda.

    Wyniki pomiarów i obliczeń zapisz w zeszycie.

    Odpowiedz na pytania:

Jak zmieniła się energia wewnętrzna wody podczas eksperymentu?

Jak zmieniłeś energię wewnętrzną wody w doświadczeniu?

Dlaczego podczas eksperymentu probówkę z wodą trzeba było owinąć papierem?

Co można powiedzieć o zależności zmian energii wewnętrznej ciała od wykonanej pracy?

Doświadczenie nr 2. Pocieraj dłonie o siebie. Co czujesz? Dlaczego moje dłonie się nagrzewają? (uczniowie wyjaśniają, że energia wewnętrzna zmienia się pod wpływem wykonywanej pracy).

3. Studiowanie nowego materiału.

1). Powtórz materiał o energii wewnętrznej, sposobach zmiany energii wewnętrznej i wzorach na obliczanie ilości ciepła.Usystematyzuj materiał tematyczny w formie diagramu, odpowiadając na pytania:

    Co nazywamy energią wewnętrzną?

    W jaki sposób możesz zmienić energię wewnętrzną?

    Czym jest praca?

    Jak nazywamy ilość ciepła?

    Nazwij procesy, którym towarzyszy wydzielanie i pochłanianie ciepła.

2). Nauka nowego tematu

Informacje ustne:

Do połowy XIX wieku. Liczne eksperymenty udowodniły, że energia mechaniczna nigdy nie znika bez śladu. Na przykład młotek spada na kawałek ołowiu, a ołów nagrzewa się w bardzo specyficzny sposób. Siły tarcia hamujące ciała, które jednocześnie się nagrzewają

Na podstawie wielu podobnych obserwacji i uogólnień faktów doświadczalnych sformułowano prawo zachowania energii:

Energia w przyrodzie nie powstaje z niczego i nie znika: ilość energii pozostaje niezmienna, jedynie przechodzi z jednej formy w drugą.

Prawo zachowania energii rządzi wszystkimi zjawiskami naturalnymi i łączy je ze sobą. Zawsze jest ono wypełniane z całkowitą precyzją; nie jest znany ani jeden przypadek, w którym to wielkie prawo nie byłoby spełnione.

Prawo to odkryto w połowie XIX wieku. Niemiecki naukowiec, lekarz z wykształcenia R. Mayer (1814-1878), angielski naukowiec D. Joule (1818-1889), a najdokładniejsze sformułowanie otrzymał w pracach niemieckiego naukowca G. Helmholtza (1821 - 1894).

Prawo zachowania i przemiany energii, rozszerzone na zjawiska termiczne, nazywane jest pierwszą zasadą termodynamiki.

Termodynamika uwzględnia ciała, których środek ciężkości pozostaje praktycznie niezmieniony. Energia mechaniczna takich ciał pozostaje stała; zmienia się tylko energia wewnętrzna każdego ciała.

W protokole:

Zmiana energii wewnętrznej układu podczas jego przejścia z jednego stanu do drugiego jest równa sumie pracy sił zewnętrznych i ilości ciepła przekazanego układowi:

∆U = A + Q .

Często zamiast pracyA ciała zewnętrzne nad systemem rozważają pracęA" systemów nad podmiotami zewnętrznymi. Biorąc pod uwagę, żeA"=-A, Pierwszą zasadę termodynamiki można zapisać w następujący sposób:

Q =∆ U + A ′

Ilość ciepła przekazana do układu ulega zmianie jego energii wewnętrznej i wykonaniu przez układ pracy nad ciałami zewnętrznymi.

ZASTOSOWANIE PIERWSZEJ ZASAD TERMODYNAMIKI W RÓŻNYCH PROCESACH

Uczniowie zapisują informacje otrzymane od nauczyciela w formie tabelki.

(Uwaga: forma tabeli została wcześniej rozdana ławkom, nauczyciel pracuje z tablicą.)

Q=∆U+A′

Lub

∆U=A+Q

Zobacz sformułowanie 1. zasady termodynamiki.

Adiabatyczny

P = konst

∆U = A

Zmiana energii wewnętrznej następuje tylko w wyniku wykonanej pracy

Korzystając z pierwszej zasady termodynamiki, można wyciągnąć ważne wnioski na temat natury zachodzących procesów. Rozważmy różne procesy, w których jedna z wielkości fizycznych pozostaje niezmieniona (izoprocesy). Niech układ będzie gazem doskonałym. To najprostszy przypadek.

Proces izotermiczny.

W procesie izotermicznym (T=konst) energia wewnętrzna gazu doskonałego nie zmienia się. Zgodnie ze wzorem cała ilość ciepła przekazanego gazowi wykorzystywana jest do wykonania pracy:Q = A " .

Jeśli gaz odbiera ciepło( Q >0), wówczas wykonuje pracę dodatnią (A">0). Jeżeli natomiast gaz oddaje ciepło do otoczenia (termostat), toQ <0 IA"<0. Praca sił zewnętrznych na gaz w tym drugim przypadku jest dodatnia.

Proces izochoryczny.

W procesie izochorycznym objętość gazu się nie zmienia, dlatego praca wykonana przez gaz wynosi zero. Zmiana energii wewnętrznej jest równa ilości przeniesionej tratwy:∆ U = Q .

Jeśli gaz się nagrzeje, to takQ >0 I∆ U >0, wzrasta jego energia wewnętrzna. Podczas chłodzenia gazuQ <0 I∆ U = U 2 - U l <0, zmiana energii wewnętrznej jest ujemna, a energia wewnętrzna gazu maleje.

Proces izobaryczny.

W procesie izobarycznym (P = konst) ilość ciepła przekazana gazowi ulega zmianie jego energii wewnętrznej i wykonaniu pracy pod stałym ciśnieniem.

Q =∆ U + A ′

Proces adiabatyczny.

Rozważmy teraz proces zachodzący w układzie, który nie wymienia ciepła z otaczającymi ciałami.

Proces w układzie izolowanym termicznie nazywa się adiabatycznym.

W procesie adiabatycznymQ =0 i zgodnie z równaniem zmiana energii wewnętrznej następuje tylko w wyniku wykonanej pracy:

∆U = A .

Oczywiście nie da się otoczyć systemu powłoką, która absolutnie nie pozwala na przenoszenie ciepła. Jednak w wielu przypadkach rzeczywiste procesy można uznać za bardzo zbliżone do adiabatycznych. Aby to zrobić, muszą działać na tyle szybko, aby podczas procesu nie było zauważalnej wymiany ciepła między systemem a otaczającymi ciałami.

4. Konsolidacja (rozwiązywanie problemów).

Przyjrzyjmy się różnym przykładom problemów z wykorzystaniem i zastosowaniem pierwszej zasady termodynamiki

W zamkniętej butli znajduje się gaz. Po ochłodzeniu jego energia wewnętrzna spadła o 500 kJ. Ile ciepła wydzielił gaz? Czy dokończył dzieło?

Dane: ΔU = -500 J;

Znajdź: Q -? A - ?

V = const - proces izochoryczny

1) ∆U=Q - Pierwsza zasada termodynamiki dla naszego stanu.

Q = -500 J

2) Ponieważ głośność się nie zmienia: A = P ΔV →A = 0 - gaz nie działa.

Odpowiedź: Q = -500 J; A = 0

znak „-” oznacza, że ​​gaz wydziela pewną ilość ciepła

Pytanie-zadanie (jakościowe)

Do naczynia z wodą na dnie wpompowano powietrze. Po otwarciu kranu i wypuszczeniu sprężonego powietrza naczynie wypełniło się mgłą wodną. Dlaczego się to stało?

Jeśli odkręcisz kran, powietrze zacznie się rozszerzać i wychodzić. Proces ten zachodzi bardzo szybko i można go uznać za ekspansję adiabatyczną. A wraz z ekspansją adiabatyczną, zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki, energia wewnętrzna gazu maleje, a zatem spada temperatura. Wraz ze spadkiem temperatury para w naczyniu ulega nasyceniu i następuje kondensacja

Czytaćokreślenie warunków, analiza problemu (zastosowanie praw ogólnych) i rozwiązanie.

Pamiętaj, czym jest kondensacja, para nasycona.

Graficzny

Gaz doskonały przechodzi ze stanu 1 do stanu 4, jak pokazano na rysunku. Oblicz pracę wykonaną przez gaz.

Cała praca wykonana przez gaz jest równa sumie pracy poszczególnych odcinków.

Aby określić pracę nad każdą sekcją harmonogramu, określamy:

który parametr jest stały, na tej podstawie wyznaczamy wpis 1 prawa termodynamiki dla tego procesu

Na podstawie rozważonych przykładów rozwiązywania problemów uczniowie próbują stworzyć ogólny algorytm rozwiązywania problemów. Następnie do zajęć włącza się nauczyciel i wspólnie z uczniami wprowadza zmiany w algorytmie.

Ogólny algorytm rozwiązywania problemów termodynamiki

1. Przeczytaj uważnie warunki zadania, określ rodzaj zadania;

2. Zapisz krótkie przedstawienie problemu;

3. Zamień jednostki miary na SI (jeśli to konieczne);

4. Wyznacz parametry p, V i T charakteryzujące każdy stan gazu. Zapisz 1 zasadę termodynamiki dla wymaganego procesu, w razie potrzeby dodatkowe wzory (do obliczenia energii wewnętrznej, pracy, ilości ciepła, praw gazowych);

6. Dokonywać przekształceń i obliczeń matematycznych;

7. Przeanalizuj wynik i zapisz odpowiedź.

5. Refleksja

Dziś na zajęciach zapoznawaliśmy się z pierwszą zasadą termodynamiki, odkrywaliśmy jej fizyczną zawartość przy rozpatrywaniu procesów izotermicznych - izotermicznych, izobarycznych, izochorycznych, adiabatycznych i nauczyliśmy się wykorzystywać pierwszą zasadę termodynamiki do opisu procesów gazowych.

6. Praca domowa: przestudiuj § 78, 79, zapamiętaj notatki w zeszycie, wykonaj ćwiczenie 15 (nr 7, 8)

Bibliografia:

Kamenetsky S.E., Orekhov V.P. Metody rozwiązywania problemów z fizyki w szkole średniej: Podręcznik dla nauczycieli. - M.: Edukacja, 1971. - 448 s.

Usova A.V. Warsztaty rozwiązywania problemów fizycznych: podręcznik dla studentów fizyki i matematyki. f-tov/ A.V. Usova, N.N. Tulkibajewa. - M.: Edukacja, 2001. - 208 s.