Внутренняя энергия. Работа в термодинамике. Количество теплоты

Государственное коммунальное казенное предприятие

Жамбылский политехнический высший колледж

управления образования акимата Жамбылской области

Методическая разработка

урока по физике на тему «Внутренняя энергия. Работа в термодинамике. Количество теплоты».

Подготовила: преподаватель физики Ахметова Анна Сарыкытаевна

Тема урока: «Внутренняя энергия. Работа в термодинамике. Количество теплоты».

Тип урока: урок изучение  нового материала.
Цели  урока: Изучить понятие внутренняя энергия, работа в термодинамике, количество теплоты

Задачи:
Образовательная: ввести понятия термодинамики и внутренней энергии;

рассмотреть способы изменения внутренней энергии,

понятие количества теплоты, удельной теплоемкости.
Развивающая: развивать умения выделять главное; развивать умение систематизировать материал; развивать познавательный интерес к предмету, используя разнообразные формы работы.

Воспитательная: воспитывать научное мировоззрение. Формирование

коммуникативных качеств, культуры общения, воспитание

наблюдательности.

Оборудование: 
Презентация на тему «Внутренняя энергия. Работа в термодинамике. Количество теплоты».
Демонстрационный материал: Презентация с иллюстрациями материала

Методические приёмы : беседа-диалог, рассматривание иллюстраций,
Формы работы: Фронтальная, групповая, индивидуальная

Структура  урока.
1. Организационный момент   3 мин    
2. Проверка домашнего задания  20 мин               
3. Изучение новой темы          40 мин                  
4. Закрепление материала 20 мин                
5.Подведение итогов           5 мин

6. Домашнее задание      2 мин                 

1. Организационный момент. Приветствие. Настрой на продуктивную работу на уроке. Обеспечение готовности учащихся к уроку, готовности рабочего места.

2. Проверка домашнего задания

 Входной тест 
1. Назовите три агрегатных состояния вещества.
- газообразное, жидкое, твердое.
2. Закончите предложение.
«Агрегатное состояние вещества определяется расположением, характером движения и взаимодействия …»
- молекул.
3. Найдите соответствие между агрегатным состоянием вещества и расстоянием между молекулами.

- 1б; 2а; 3в.
Найдите лишнее в каждом списке? Почему вы так считаете?

1.Летит самолет, плывёт корабль, нагревается утюг, идет снег

2.Тает снег, горят дрова, летит стрела, кипит вода в чайнике.

Правильный вариант ответа

1.Нагревается утюг, идет снег

2.Капают капли дождя, горят дрова, кипит вода в чайнике.

Постановка проблемного вопроса: Что их объединяет? (тепловые явления)

1. Какие явления называются тепловыми?

Явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел, с изменением температуры называются тепловыми. К ним относятся, например:нагревание или охлаждение воздуха, таяние льда, плавление металлов и др.

2.Какая величина характеризует тепловое состояние тел?

Температура- характеризует тепловое состояние тела.

Существует три степени нагретости тела (холодное, теплое и горячее).

3. Как связана температура тела со скоростью движения молекул?

Как уже известно, что диффузия при более высокой температуре происходит быстрее. Это означает, что скорость движения молекул и температура связаны между собой. При повышении температуры скорость движения молекул увеличивается, при понижении — уменьшается. Следовательно, температура тела зависит от скорости движения молекул.

4. Знаешь ли ты формулы? 

Физический диктант:
1. Давление идеального газа?
2. Постоянная Больцмана?
3. Средняя кинетическая энергия движения молекул.
4. Средняя скорость теплового движения молекул.
5. Уравнение состояния идеального газа.
6. Универсальная газовая постоянная.
7. Связь давления со средней кинетической энергии.

Ответы:

1. P = n * k * T- давление идеального газа

2. k = 1,38·10^-23Дж/К- постоянная Больцмана

3. E=3/2 * k * T- Средняя кинетическая энергия движения молекул

4.

5. pV=m/M * RT- уравнение состояния идеального газа

6.R = 8,31 Дж/(моль·К) -универсальная газовая постоянная

7.

3. Изучение новой темы.

Термодинамика – это наука о тепловых явлениях.

В противоположность молекулярно-кинетической теории, которая делает выводы на основе представлений о молекулярном строении вещества, термодинамика исходит из наиболее общих закономерностей тепловых процессов и свойств макроскопических систем. В основе термодинамики лежит понятие –внутренняя энергия
Опыт № 1

Падение металлического шарика на металлическую плиту.

Потенциальная энергия превращается в кинетическую.

Шарик остановился. – Куда исчезла механическая энергия?

Вывод: изменилась потенциальная энергия взаимодействия частиц (молекул) из которых состоит тело. Если измерить очень чувствительным термометром температуру плиты и шарика, то он покажет увеличение температуры и шарика, и плиты

Опыт № 2

Сгибание медной проволоки. Проволока нагрелась.

Вывод: изменилась кинетическая энергия частиц (молекул) из которых состоит тело.

Одним из важнейших понятий термодинамики является внутренняя энергия тела. Все макроскопические тела обладают энергией, заключенной внутри самих тел. С точки зрения молекулярно-кинетической теории внутренняя энергия вещества складывается из кинетической энергии всех атомов и молекул и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом. U = (Ek + Ep)

Способ 1: Увеличение внутренней энергии произошло

за счет совершения работы при натирании трубки веревкой

Способ 2: Внутреннюю энергию тела можно увеличить, совершая над телом механическую работу.

Внутренняя энергия одноатомного идеального газа

В идеальном газе взаимодействие молекул мало, поэтому Ер ≈ 0. Поэтому внутренняя энергия одноатомного идеального U газа равна сумме кинетических энергий Ек всех молекул

N_Ak = R

внутренняя энергия в термодинамике в общем случае наряду с температурой зависит и от объема.

U= 5/2 PV- для двухатомного газа.
U= i/2 PV- для произвольного газа, где i=n*2+1- число степеней свободы.

Практическое значение внутренней энергии.

За счёт внутренней энергии работают:

Паровые турбины электростанций.

Двигатели автомашин, теплоходов.

Осуществляется жизнедеятельность всех животных и человека.

Работа в термодинамике

Проблемная ситуация:1. Почему при сжатии или расширении меняется внутренняя энергия тела?

2. Почему, в частности, нагревается воздух при накачивании велосипедной шины?

Причина изменения температуры газа в процессе его сжатия состоит в следующем: при упругих соударениях молекул газа с движущимся поршнем изменяется их кинетическая энергия, так как поршень при движении передает им часть своей механической энергии, в результате газ нагревается. При расширении же скорости молекул уменьшаются, в результате чего газ охлаждается. 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 газа равна  . Со стороны газа на поршень

Действуют сила, равная произведению давления газа на поршень и площадь сечения поршня . Подставив вторую формулу в первую,

Количество теплоты

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплопередачей

Виды теплопередачи

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ КОНВЕКЦИЯ излучение

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

КОНВЕКЦИЯ- это перенос тепла струями жидкости или газа

Излучение- это теплообмен, при котором энергия переносится различными лучами.

Количество теплоты – часть внутренней энергии, которую тело получает или теряет при теплопередаче

Q - энергия, которую тело теряет или приобретает при передаче тепла.
Формула количества теплоты зависит от протекающего процесса.

Единица измерения количества теплоты в СИ:
[Q]=1 Дж
Другие единицы:
1 кДж=1000 Дж
1 МДж=1000000 Дж
1 калория – количество теплоты, необходимое для нагревания 1 г воды на 1ºС.
1 кал=4,19 Дж
1 ккал=4190 Дж≈4,2 кДж

Удельная теплоемкость вещества

Физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1 кг для того, чтобы его температура изменилась на 1ºС, называется удельной теплоемкостью вещества.

1.Зависит от рода вещества и его агрегатного состояния

2.Не характеризует тепловые свойства вещества

Работая, вы расходуете энергию примерно в следующих количествах

(за 1 ч на 1 кг массы человека):

при подготовке уроков – 6000 Дж;

при зарядке – 16000 Дж;

при лежании – 4000 Дж;

при плавании -30000 Дж;

во время сна – 4000 Дж;

при ходьбе 15000 Дж.

Запомни!!! Всякое тело обладает внутренней энергией, потому что состоит из молекул.

2. Внутренняя энергия тела не зависит ни от механического движения тела, ни от положения тела относительно других тел.

3. Внутренняя энергия тела зависит от его агрегатного состояния и температуры

4. Закрепление материала.

Вопрос №1. Чашку с горячим чаем переставили со стола на полку. Как при этом изменилась внутренняя энергия чая?

Ответ: Внутренняя энергия тела не изменилась, т.к. она не зависит от положения тела относительно других тел.

Вопрос № 2. Автомобиль в процессе движения изменил свою скорость с 36 км/ч на 90 км/ч. Как при этом изменилась его внутренняя энергия?

Ответ: Внутренняя энергия тела не изменилась, т.к. она не зависит от механического движения тела.

1.Выберите ответы вместо многоточия и закончите фразы. (Правильный только один ответ.)
1. Количество теплоты- количественная характеристика изменения внутренней энергии системы путем…
а) совершения работы
б) передачи электроэнергии
в) совершения работы и теплообмена
г) теплообмена

2. Внутренняя энергия- это….
а) энергия, зависящая только от внутреннего состояния системы.
б) энергия тел, входящих в термодинамическую систему.
в) кинетическая энергия движения молекул.
г) потенциальная энергия атомов.

Какое определение ошибочно?

3. Внутренней энергией тела называется….

а) энергия этого тела за вычетом механической энергии тела как целого.

б) сумма кинетической и потенциальной энергий всех частиц составляющих тело.

в) сумма кинетических энергий молекул.

г) все определения неправильны.

4. Внутреннюю энергию можно измерить…

а) только путем теплопередачи.

б) нельзя измерить вообще.

в) путем совершения работы.

г) совершением работы и теплопередачей.

2. Вставьте пропущенные слова

1.-----объясняет свойства тел и явления, происходящие в веществе, исходя из рассмотрения характера движения и взаимодействия частиц – молекул или атомов.

2.Раздел физики, в котором изучаются свойства тел без использования представлений о характере движения и взаимодействия частиц, из которых они состоят, называется -----

3.------ тела складывается из кинетической энергии хаотического теплового движения составляющих его частиц и потенциальной энергии их взаимодействия.

4.Совокупность физических тел, изолированную от взаимодействия с другими телами называют -------.
Вставить: внутренняя энергия, термодинамика, изолированная термодинамическая система, молекулярно-кинетическая теория.

3. Решение задач

1.Какое количество теплоты отдаст стакан горячего чая (90ºС), остывая до комнатной температуры (20ºС)? Массу чая принять равной 200 г.

Решение:

Q = 4200 · 0,2 · (20 – 90) = - 58 800 Дж

Решите самостоятельно:

1.Какова температура идеального газа, если известно, что внутренняя энергия двух молей составляет 8,31кДж?

2.Каково давление идеального газа, занимающего объём 2л, если его внутренняя энергия равна 300Дж.

3.Найдите концентрацию молекул идеального газа в сосуде вместимостью 2л при температуре 27С, если его внутренняя энергия равна 300Дж.

4. Заполни таблицу

578тг - Сатып алу

Материал ұнаса әріптестеріңізбен бөлісіңіз

Ватсапта бөлісу Телеграммда бөлісу Фейсбукта бөлісу Сілтемені көшіру

Материал жариялап тегін сертификат алыңыз!

Бұл сертификат «Ustaz tilegi» Республикалық ғылыми – әдістемелік журналының желілік басылымына өз авторлық жұмысын жарияланғанын растайды. Журнал Қазақстан Республикасы Ақпарат және Қоғамдық даму министрлігінің №KZ09VPY00029937 куәлігін алған. Сондықтан аттестацияға жарамды

Материал жариялау Сертификатты жүктеу

Ресми байқаулар тізімі

Республикалық байқауларға қатысып жарамды дипломдар алып санатыңызды көтеріңіз!

Тізімді көру