Получите свидетельство
Вход
| Физика 10а класс ______________ Тема: «Эквивалентность работы и количества теплоты. Опыты Румфольда и Джоуля. Закон сохранения энергии» Цели урока: Обучающая: изучение основ термодинамики Воспитательная: положительного отношения к знаниям; воспитание дисциплинированности Развивающая: развитие мышления (классифицировать факты, делать обобщающие выводы и т. развитие познавательных умений(формирование умений выделять главное, конспект, наблюдать);развитие умения владеть собой
Ход урока: 1. Организационный момент 2. Проверка домашнего задания 3. Объяснение нового материала | |
| 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. |
|
| Внимание!
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.
| U=U(T,V) |
| Для идеального газа: U=U(T), т.к. взаимодействием на расстоянии пренебрегаем. - внутренняя энергия идеального одноатомного газа. Внутренняя энергия - однозначная функция состояния (с точностью до произвольной постоянной) и в замкнутой системе сохраняется. Обратное неверно(!) - одной и той же энергии могут соответствовать разные состояния. | Идеальный газ:
|
| Опыты Джоуля доказали эквивалентность работы и количества теплоты, т.е. и та и другая величины являются мерой изменения энергии, их можно измерять в одинаковых единицах: 1 кал = 4,1868 Дж » 4,2 Дж. Эта величина наз. механическим эквивалентом теплоты. |
|
| Р.Майер, Д.Джоуль, Г.Гельмгольц - закон сохранения энергии для тепловых процессов - 1-й закон термодинамики. |
|
| Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:
|
|
| Изменений внутренней энергии не зависит от способа, которым осуществляется этот переход. Т.о. существует два способа изменения внутренней энергии: совершение механической работы и теплопередача (теплообмен). Работа и количество теплоты характеризуют процесс изменения внутренней энергии, но не саму внутреннюю энергию. |
|
| Если А - работа внешних сил, а А' - работа газа, то А = - А' (в соответствии с 3-м законом Ньютона). Тогда:
- другая форма записи первого закона термодинамики. Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами. |
|
| Невозможность создания вечного двигателя 1-го рода. Вечный двигатель первого рода - устройство, которое могло бы совершать неограниченное количество работы без затраты энергии. Тогда Q=0. Следовательно: A'= - ΔU. Т.е. такой двигатель должен совершать работу за счет убыли внутренней энергии. Но ее запасы конечны. После того, как запас энергии будет исчерпан, двигатель остановится. |
|
В 1807 г. физик Ж. Гей-Люссак, изучавший свойства газов, поставил простой опыт. Давно было известно, что сжатый газ, расширяясь, охлаждается. Гей-Люссак заставил газ расширяться в пустоту - в сосуд, воздух из которого был предварительно откачан. К его удивлению, никакого понижения температуры не произошло, температура газа не изменилась. Исследователь не мог объяснить результат: почему один и тот же газ, одинаково сжатый, расширяясь, охлаждается, если его выпускать прямо наружу в атмосферу, и не охлаждается, если его выпускать в пустой сосуд, где давление равно нулю?
Объяснить опыт удалось немецкому врачу Роберту Майеру. У Майера возникла мысль, что работа и теплота могут превращаться одна в другую. Эта замечательная идея сразу дала возможность Майеру сделать ясным загадочный результат в опыте Гей-Люссака: если теплота и работа взаимно превращаются, то при расширении газа в пустоту, когда он не совершает никакой работы, так как нет никакой силы (давления), противодействующей увеличению его объема, газ и не должен охлаждаться. Если же при расширении газа ему приходится совершать работу против внешнего давления, его температура должна понижаться. Даром работу получить нельзя! Замечательный результат Майера был много раз подтвержден прямыми измерениями; особое значение имели опыты Джоуля, который измерял количество теплоты, необходимое для нагревания жидкости вращающейся в ней мешалкой. Одновременно измерялись и работа, совершенная при вращении мешалки, и количество теплоты, полученное жидкостью. Как ни менялись условия опыта, брались разные жидкости, разные сосуды и мешалки, результат был один и тот же: всегда из одной и той же работы получалось одно и то же количество теплоты.
4. Закрепление материала
1. Что называется внутренней энергией? От каких физических величинона зависит?
2. Как называется процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы?
3. Что такое теплопроводность?
4. Что такое конвекция?
5. Что такое тепловое излучение?
6. Сварится ли картошка быстрее, если вода будет кипеть более интенсивно?
7. Почему вода во фляге дольше остается холодной, если матерчатый футляр фляги поддерживается влажным?
8. Температура в верхних слоях земной атмосферы достигает 700 °С. Тогда, как объяснить, чтолюбое живое существо в этих условиях замерзнет и погибнет от холода?
9. Кусок дерева, лежащий на солнце, поглощает больше тепла, чем кусок блестящего металлатех же размеров. Объясните, почему же дерево на ощупь кажется менее теплым, чем металл.
5. Домашнее задание
§5.5
Эквивалентность работы и количества теплоты. Опыты Румфольда и Джоуля. Закон сохранения энергии (23.67 KB)
0
629
10
Нравится
0
