Внутренняя энергия. Работа в термодинамике. Количество теплоты. Теплоемкость. 10 класс
план-конспект урока по физике (10 класс) по теме

Урок № 35                                                                      10 класс

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

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

3. 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.

4. 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+...+Qn=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.

5. 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

6. Домашнее задание §72-74, упр. №4
7. Подведение итогов урока

Урок № 18       17.01.2014                                10 класс (эл. курс)

Тема: Решение задач на определение работы и внутренней энергии идеального газа при изопроцессах.

Цель урока: рассмотреть изменение внутренней энергии во всех изопроцессах  происходящих в идеальном газе, работа  графиками изопроцессов.

Основное содержание урока:

1. Орг. момент

2. Повторение:

- Внутренняя энергия

- Способы изменения внутренней энергии:

- совершение работы

- теплообмен

3. Решение задач:

№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

A 9 № 905. Зависимость температуры 0,2 кг первоначально газообразного вещества от количества выделенной им теплоты представлена на рисунке.

Какова удельная теплота парообразования этого вещества? Рассматриваемый процесс идет при постоянном давлении.

1)                      2)                          3)                        4) 

A 9 № 922. Твердое вещество нагревалось в сосуде. В таблице приведены результаты измерений его температуры с течением времени.

Через 22 минуты после начала измерений в сосуде находилось вещество

1) только в твердом состоянии
2) только в жидком состоянии
3) и в жидком, и в твердом состоянии
4) и в жидком, и в газообразном состоянии

A 9 № 923. Твердое вещество медленно нагревалось в сосуде. В таблице приведены результаты измерений его температуры с течением времени.

Через 34 минуты после начала измерений в сосуде находилось вещество

1) только в твердом состоянии
2) только в жидком состоянии
3) и в жидком, и в твердом состоянии
4) и в жидком, и в газообразном состоянии

A 9 № 1037. На рисунке показан график зависимости температуры Т вещества от времени t.

В начальный момент времени вещество находилось в кристаллическом состоянии. Какая из точек соответствует началу процесса плавления вещества?

1) 5                     2) 2                      3) 3                             4) 6

A 9 № 1226. На рисунке представлен график зависимости температуры Т воды массой m от времени t при осуществлении теплоотвода с постоянной мощностью Р.

В момент времени  вода находилась в газообразном состоянии. Какое из приведенных ниже выражений определяет удельную теплоту кристаллизации воды по результатам этого опыта?

1)                            2)                        3)                        4) 

A 9 № 3329.  Четыре металлических бруска положили вплотную друг к Другу, как показано на рисунке. Стрелки указывают направление теплопередачи от бруска к бруску. Температуры брусков в данный момент 100 °С, 80 °С, 60 °С, 40 °С. Температуру 60 °С имеет брусок

1) A                              2) B                           3) C                         4) D

A 9 № 3403.  На рисунке изображено четыре бруска. Стрелки показывают направление теплопередачи от одного бруска к другому. Самую высокую температуру имеет брусок

1) 1                       2) 2                   3) 3                 4) 4

A 10 № 1032. При переходе из состояния 1 в состояние 3 газ совершает работу

1) 2 кДж                      2) 4 кДж                       3) 6 кДж                         4) 8 кДж

A 10 № 1108. На рисунке показано, как менялось давление идеального газа в зависимости от его объема при переходе из состояния 1 в состояние 2, а затем в состояние 3.

Каково отношение работ газа  на этих двух отрезках P—V-диаграммы?

1) 6                                  2) 2                             3) 3                               4) 4

A 10 № 1204. Какую работу совершает газ при переходе из состояния 1 в состояние 3?

1) 10 кДж                      2) 20 кДж                        3) 30 кДж                          4) 40 кДж

A 10 № 1230. На рисунке представлен график зависимости температуры Т воды массой m от времени t при осуществлении теплоотвода с постоянной мощностью P.

В момент времени  вода находилась в газообразном состоянии. Какое из приведенных ниже выражений определяет удельную теплоемкость жидкой воды по результатам этого опыта?

1)                           2)                         3)                       4) 

A 10 № 4488.  На рисунке представлен график цикла, проведённого с одноатомным идеальным газом. На каком из участков внутренняя энергия газа уменьшалась? Количество вещества газа постоянно.

1) DA                           2) АВ                          3) CD                      4) ВС

A 10 № 4733.  На рисунке приведён цикл, осуществляемый с идеальным газом. Работа не совершается на участке

1) AB                       2) BC                         3) CD                           4) DA

A 10 № 4873.  На рисунке приведён цикл, осуществляемый с идеальным газом. Работа не совершается на участке

1) AB                        2) BC                       3) CD                          4) DA

8. Домашнее задание §75-77, повторить
9. Подведение итогов урока