Законы термодинамики. Внутренняя энергия.

Тема: Законы термодинамики. Внутренняя энергия.

Класс: 10.

Цель урока: Создать условия для личностной самореализации каждого обучающегося в процессе актуализации ранее изученного материала и освоения новой темы, способствовать развитию личностных, учебно-познавательных, коммуникативных компетенций.

Задачи урока:

1. Предметные - сформулировать 1 закон термодинамики, рассмотреть следствия,  вытекающие из него; добиться усвоения учащимися закона сохранения и превращения энергии для тепловых процессов; показать практическую значимость закона при решении задач;

2. Метапредметные – развивать способы мыслительной деятельности (анализ, сравнение, обобщение), развитие речи (владение физическими понятиями, терминами), способствовать развитию умения сопоставлять факты; логично и сжато строить свой ответ, систематизировать учебный материал;

3. Личностные –  воспитывать устойчивый интерес к предмету, положительное отношение к знаниям, умение оценивать, вырабатывать собственную позицию.

Предварительная подготовка. Учащиеся получили задание ознакомиться с историей открытия закона сохранения энергии, историей изобретения вечных двигателей.

Тип урока: изучение нового материала.

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Актуализация знаний.

Фронтальный опрос в форме беседы:

• Что такое внутренняя энергия, какой буквой она обозначается, какой формулой определяется?

• От чего зависит изменение внутренней энергии, какой формулой можно найти это изменение?

• Какими способами можно изменить внутреннюю энергию системы? (за счет совершения работы, либо за счет теплообмена с окружающими телами)

• Похлопайте в ладоши. Что произошло и почему? (нагревание за счет работы самого тела). Как обозначается и определяется такая работа?

• Вам сильно наступили на ногу. Что произошло и почему? (нагревание за счет совершения работы внешних сил над телом).

• Как определить работу газа по графику? (по площади фигуры под изолинией).

1. Изучение нового материала.

Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую.

Кинетическая энергия частиц определяется скоростью, а значит - температурой тела.

Потенциальная - расстоянием между частицами, а значит - объемом.

Следовательно: U=U(T,V) - внутренняя энергия зависит от объема и температуры.

Сумма кинетических энергий хаотического движения всех частиц тела относительно центра масс тела (молекул, атомов) и потенциальных энергий их взаимодействия друг с другом называется внутренней энергией. U = Ek + Ep (слайд 2).

Способы изменения внутренней энергии (слайд 3):

1. Теплопередача (конвекция, излучение, теплопроводность);

2. Совершение работы (работа газа – ; работа внешних сил – А).

Геометрический смысл работы (слайд 4): работа численно равна площади под графиком процесса на диаграмме.

Количество теплоты (слайд 5,6) – это физическая величина, показывающая, какая энергия передана телу в результате теплообмена.

Закон сохранения и превращения энергии для тепловых процессов называется 1 законом термодинамики (слайд 7). Обмен энергией между термодинамической системой и окружающими телами в результате теплообмена и совершаемой работы.

Если при нагревании газ расширяется и при этом совершает работу A, то первый закон термодинамики можно сформулировать по-другому (слайд 8): Количество теплоты, переданное газу, равно сумме изменения его внутренней энергии и работы, совершенной газом.

Так как работа газа и работа внешних сил вследствие 3-го закона Ньютона равны по модулю и имеют противоположный знак: Aвнешн = –A^I

Применение 1 закона термодинамики к изопроцессам (слайд 9):

1. изохорный процесс (v=const) т.к. ΔV=0, то A= 0, значит первый закон термодинамики выглядит так: Δ U=Q Газ увеличивает свою внутреннюю энергию за счет теплоты, полученной из внешней среды. Если газ нагревается, то ΔU 0. Если газ охлаждается, то ΔU

2. Изотермический процесс (T=const) т.к. T=const, то ΔU = 0, значит первый закон термодинамики выглядит так: Q = А´ (слайд 10).

3. Изобарный процесс (р = const), при изобарном нагревании T0, U0, газ совершает работу, тепло поглощается (слайд 11-13).

Адиабатный процесс (слайд 14) - это модель термодинамического процесса, происходящего в системе без теплообмена с окружающей средой. Линия на термодинамической диаграмме состояний системы, изображающая равновесный (обратимый) адиабатический процесс, называется адиабатой.

1. Закрепление материала.

Задачи (слайд 15):

1. Идеальный газ получил количество теплоты, равное 300 Дж, и совершил работу, равную 100 Дж. Как изменилась внутренняя энергия газа?

2. Идеальный газ совершил работу, равную 300 Дж. При этом внутренняя энергия уменьшилась на 300 Дж. Каково значение количества теплоты в этом процессе?

3. Идеальный газ совершил работу, равную 600 Дж. При этом его внутренняя энергия увеличилась на 250 Дж. Какое количество теплоты получил газ?

Тепловые двигатели (слайд 16) – это устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.

Виды тепловых двигателей (слайд 17): паровая машина; паровая турбина; газовая турбина; двигатель внутреннего сгорания; реактивный двигатель.

1. Домашнее задание.

Выучить определения, формулы по теме «1 закон термодинамики». Решить задачу:

Идеальный газ получил количество теплоты, равное 540 Дж, и совершил работу,

равную 220 Дж. Как изменилась внутренняя энергия газа?