Урок физики в 10 классе по теме Термодинамика. Автор
advertisement
Урок в 10 классе Соловьева Л.А. Учитель физики МБОУ Асерховская СОШ В1 н у т р е н н я я э н е р2 г и я а и3 з о б а р н ы й о т е п л о т ы к 4о л и5 ч е с т 6 в о д е а е м а п л е р8е а л ь н ы е д7 ж о у л ь н а ы т й у р а 9 б и10 т у р и е н т з о т11 е р м о д и н а м и12 к а з е о р х м о и р ч н е ы с й к м13 а к р о с к о п и ч е с к и е й Поем мы о физике снова, Поем о законах ее. О термодинамике слово Мы мудрое скажем свое. Трудились ученые честно, Открыли всемирный закон: Ничто просто так не исчезнет, Лишь в форму другую уйдет. И в термодинамике тоже Такой существует закон. И двигатель вечный (пусть сложный) Создать не позволит нам он. Закон сохранения энергии, распространенный на тепловые явления называется первым законом термодинамики. Цель урока: Установить связь между изменением внутренней энергии системы, работой и количеством теплоты, сообщенным системе. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ одно из основных положений термодинамики, являющееся по существу законом сохранения энергии в применении к термодинамическим процессам… . Первое начало термодинамики сформулировано в сер. 19 в. в результате работ Ю. Р. Майера, Дж. Джоуля и Г.Гельмгольца. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия МАЙЕР (Mayer) Юлиус Роберт (1814-78) Немецкий естествоиспытатель, врач. Первым сформулировал закон сохранения энергии (эквивалентности механической работы и теплоты) и теоретически рассчитал механический эквивалент теплоты (1842). ДЖОУЛЬ (Joule) Джеймс Прескотт (1818-89) Английский физик. Экспериментально обосновал закон сохранения энергии, определил механический эквивалент тепла. Установил закон, названный законом Джоуля — Ленца. Открыл (совместно с У. Томсоном) эффект, названный эффектом Джоуля — Томсона. Провел серию опытов по изучению взаимного превращения механической энергии и теплоты. ГЕЛЬМГОЛЬЦ (Helmholtz) Герман Людвиг Фердинанд (1821 - 1894) Немецкий ученый, иностранный членкорреспондент Петербургской АН (1868). Автор фундаментальных трудов по физике, биофизике, физиологии, психологии. Впервые (1847) математически обосновал закон сохранения энергии, показав его всеобщий характер. Разработал термодинамическую теорию химических процессов, ввел понятия свободной и связанной энергий. Автор основополагающих трудов по физиологии слуха и зрения. Способы изменения внутренней Способы изменения внутренней энергииэнергии Теплообмен (теплопередача) конвекция Совершение работы излучение теплопроводность Мерой изменения внутренней энергии в процессе совершения работы является работа, а мерой изменения внутренней энергии в процессе теплопередачи является количество теплоты. Q>0 Q<0 когда тепло сообщается системе А>0 А<0 когда газ сжимается когда тепло отдается системой когда газ расширяется А – работа внешних сил над системой Может ли внутренняя энергия одновременно изменяться за счет совершения работы и за счет передачи теплоты? Первый закон термодинамики формулируется именно для таких общих случаев. Первый закон термодинамики Изменение внутренней энергии термодинамической системы сумме Стр. равно 217 работы внешних сил и сообщенного системе количества теплоты. Изменение внутренней энергии системы переданная через границы системы теплота совершенная над системой работа U = Q + А Дж Дж Дж переданная через границы системы теплота изменение внутренней энергии системы =U- + Q А = / А Дж Дж совершенная системой работа / А Дж ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ одно из основных положений термодинамики, являющееся по существу законом сохранения энергии в применении к термодинамическим процессам: Q=U + A, где Q — сообщаемое термодинамической системе (напр., пару в тепловой машине) количество теплоты, А — совершаемая ею работа, U — изменение ее внутренней энергии. Первое начало термодинамики сформулировано в сер. 19 в. в результате работ Ю. Р. Майера, Дж. Джоуля и Г. Гельмгольца. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия Изолированная система А=0 Q=0 U = 0 , U = U2 – U1 = 0 U2 = U1 Внутренняя энергия изолированной системы остается неизменной (сохраняется) Одна из формулировок первого закона термодинамики гласит: невозможен вечный двигатель первого рода. ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (лат. perpetuum mobile — перпетуум мобиле) Вечный двигатель 1-го рода — воображаемая, непрерывно действующая машина, которая, будучи раз запущенной, совершала бы работу без получения энергии извне. Вечный двигатель 1-го рода противоречит закону сохранения и превращения энергии и поэтому неосуществим. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия Вечный двигатель (лат. perpetuum mobile — перпетуум мобиле), 1–го рода • Машина, которая отдала бы больше энергии, чем получила. • Механизм (устройство), который безостановочно движет сам себя и, кроме этого, совершает какуюнибудь полезную работу без затрат топлива или других материалов. • Устройство, которое могло бы совершать неограниченное количество работы без затрат энергии. Невозможность создания вечного двигателя Q = 0 (к системе энергия не поступает) А = -U (Q = U + А) т.е. работа совершается за счет убыли энергии. Но когда энергия исчерпается, тогда двигатель перестанет работать. В 1775 г. Парижская академия наук, считая неосуществимыми проекты вечных двигателей, постановила не рассматривать их. « … Существует только одна единственная сила. В вечной смене циркулирует она в живой и неживой природе.» Ю.Р.Майер Домашнее задание § 78 Задача 1 На рисунке схематично показаны случаи изменения внутренней энергии. Используя уравнение первого закона термодинамики, запишите формулу для расчета внутренней энергии в каждом случае. A A Q Q U - ? Q U - ? U - ? U = Q - A A Q U - ? U = Q + A A Q U - ? U = Q Q U - ? Задача 2 Газ совершил работу 3·109 Дж при передаче ему количества теплоты 8·109 Дж. Чему равно изменение внутренней энергии газа? Охладился или нагрелся газ? Ответ объясните. Литература: • Винникова Г.И. Два обобщающих урока. Физика. Приложение к 1 сентября, № 24 - 2007 г. (кроссворд) • Диканева О.Т. Воспитай творца. М.: Просвещение, 1993. (стихотворение) • Маркина Г.В., Боброва С.В. Физика. 10 класс. Поурочные планы. Волгоград: Учитель, 2008. (задачи) • Мякишев Г.А., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений. М.: Просвещение, 2005. • CD «Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия» • http://images.yandex.ru/
