Внутренняя энергия. Работа в термодинамике. Количество теплоты. Теплоемкость.

Физика 10 класс Урок № 35 Тема урока: Внутренняя энергия. Работа в термодинамике. Количество теплоты. Теплоемкость. Тип урока: комбинированный Вид урока: обобщение и систематизация знаний, умений и навыков Цель урока: повторить понятие внутренней энергии и способы ее изменения, вывести формулу для определения внутренней энергии идеального газа, рассмотреть изменение внутренней энергии во всех изопроцессах, происходящих в идеальном газе. Оборудование: проектор, презентация «Способы изменения внутренней энергии» Основное содержание урока:

1. Орг. момент
2. Проверка домашнего задания

- изотермический газовый процесс - изобарный газовый процесс - изохорный газовый процесс

1. Повторение материала 8 класса по теме «Внутренняя энергия и способы ее изменения»

Суммарную энергию движения и взаимодействия всех частиц, из которых состоит тело, называют внутренней энергией тела.

Способы изменения внутренней энергии.

ВЫВОД: внутреннюю энергию тела можно изменить, совершая над телом работу.

Если работу совершаем мы над телом, то внутренняя энергия увеличивается, а если работу совершает само тело, то внутренняя энергия уменьшается.

ВЫВОД: внутреннюю энергию можно изменить путем совершения над ним работы.

Можно изменить внутреннюю энергию не совершая над ним работы.

ВЫВОД: внутреннюю энергию тела можно изменить путем теплопередачи.

Та энергия, которую тело отдает или получает в результате теплообмена, называют количеством теплоты.

Обозначается Q, измеряется в джоулях как и работа.

Теплопередача может осуществляться тремя способами:

- теплопроводностью

- конвекцией

- излучением.

А) Теплопроводность

Теплопроводность – это вид теплообмена, при котором происходит непосредственная передача энергии, от частиц более нагретой части тела к частицам менее нагретой части тела.

Вывод: наибольшей теплопроводностью обладают металлы, особенно серебро и медь. У жидкостей теплопроводность невелика, а у газов она еще меньше, так как молекулы их находятся далеко друг от друга и передача энергии от одной частицы к другой затруднена.

Б) Конвекция

Конвекция – это теплообмен в жидкостях и газообразных средах, осуществляемых потоками вещества.

Вывод: жидкости и газы следует нагревать снизу, так как передача тепла происходит снизу вверх.

В) Лучистый теплообмен

Лучистый теплообмен – это теплообмен, при котором энергия переносится различными лучами. Это могут быть солнечные лучи, а так же лучи, испускаемые нагретыми телами, находящимися вокруг нас.

1. Объяснение нового материала

-Внутренняя энергия

Любое тело (газ, жидкость или твердое) обладает энергией, даже, если кинетическая и потенциальные энергии самого тела нулевые. То есть тело не имеет скорости и находится на Земле. Эта энергия называется внутренней, обусловлена она движением и взаимодействием частиц, из которых состоит тело.

Внутренняя энергия состоит из кинетической и потенциальной энергии частиц поступательного и колебательного движений, из энергии электронных оболочек атомов, из внутриядерной энергии и энергии электромагнитного излучения.

 

Внутренняя энергия зависит от температуры. Если изменяется температура, значит, изменяется внутренняя энергия.

-Количество теплоты

Это энергия, которую получает или отдает система в процессе теплообмена. Обозначается символом Q, измеряется, как любая энергия, в Джоулях.

В результате различных процессов теплообмена энергия, которая передается, определяется по-своему.

Нагревание и охлаждение

Этот процесс характеризуется изменением температуры системы. Количество теплоты определяется по формуле

Удельная теплоемкость вещества с измеряется количеством теплоты, которое необходимо для нагревания единицы массы данного вещества на 1К. Для нагревания 1кг стекла или 1кг воды требуется различное количество энергии. Удельная теплоемкость - известная, уже вычисленная для всех веществ величина, значение смотреть в физических таблицах.

Теплоемкость вещества С - это количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела без учета его массы на 1К.

Плавление и кристаллизация

Плавление - переход вещества из твердого состояния в жидкое. Обратный переход называется кристаллизацией.

Энергия, которая тратится на разрушение кристаллической решетки вещества, определяется по формуле

Удельная теплота плавления известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Парообразование (испарение или кипение) и конденсация

Парообразование - это переход вещества из жидкого (твердого) состояния в газообразное. Обратный процесс называется конденсацией.

Удельная теплота парообразования известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Горение

Количество теплоты, которое выделяется при сгорании вещества

Удельная теплота сгорания известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Для замкнутой и адиабатически изолированной системы тел выполняется уравнение теплового баланса. Алгебраическая сумма количеств теплоты, отданных и полученных всеми телами, участвующим в теплообмене, равна нулю:

Q₁+Q₂+...+Q_n=0

-Работа

В термодинамике работа - это взаимодействие системы с внешними объектами, в результате чего изменяются параметры системы

Рассмотрим цилиндр с идеальным газом, который находится под подвижным поршнем. Пусть внешняя сила, действующая на поршень, перемещает его из состояния 1 в состояние 2

Работа силы равна . Со стороны газа на поршень действуют сила, равная произведению давлению газа на поршень и площадь сечения поршня . Подставив вторую формулу в первую, получим .

Знак "-" в формуле означает, что при уменьшении объема (как в нашем примере, ) работа внешних сил положительная. И наоборот, когда газ расширяется, работа внешней силы, удерживающей поршень, отрицательная.

Графическое определение работы

Строим график процесса p(V). Определяем на графике точки, которые соответствуют состоянию системы в 1 и 2 состояниях. Площадь фигуры под графиком - есть термодинамическая работа самой системы. Внешняя работа над системой равна работе системы, но с противоположным знаком 

Работа термодинамической системы при изобарном процессе

Работа термодинамической системы при изотермическом процессе

При изохорном процессе объем не изменяется, работа равна нулю A=0.

1. Закрепление

№1. На ри­сун­ке при­ве­ден гра­фик за­ви­си­мо­сти тем­пе­ра­ту­ры твер­до­го тела от от­дан­но­го им ко­ли­че­ства теп­ло­ты.

Масса тела 4 кг. Ка­ко­ва удель­ная теп­ло­ем­кость ве­ще­ства этого тела?

1)  
2)  
3)  
4) 

№2. При пе­ре­хо­де из со­сто­я­ния 1 в со­сто­я­ние 3 газ со­вер­ша­ет ра­бо­ту

1) 2 кДж
2) 4 кДж
3) 6 кДж
4) 8 кДж

№3. При пе­ре­хо­де из со­сто­я­ния 1 в со­сто­я­ние 3 газ со­вер­ша­ет ра­бо­ту

1) 2 кДж
2) 4 кДж
3) 6 кДж
4) 8 кДж

№4. При пе­ре­хо­де из со­сто­я­ния 1 в со­сто­я­ние 3 газ со­вер­ша­ет ра­бо­ту

1) 2 кДж
2) 4 кДж
3) 6 кДж
4) 8 кДж

1. Домашнее задание §72-74, упр. №4
2. Подведение итогов урока
3. Используемая литература:

• Учебник по физике за 10 класс: Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н., издательство: 19-е изд. - М.: Просвещение 2010 год