Урок 76 (10 кл) Внутрішня енергія. Способи зміни внутрішньої енергії

Хід уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ

IІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Поняття внутрішньої енергії

Термодинаміка –  розділ фізики, що вивчає співвідношення і перетворення теплової та інших форм енергії.

Ми вже знаємо, що кожна частинка речовини:

-         перебуває в стані безперервного хаотичного руху, завдяки чому має кінетичну енергію;

-         має потенціальну енергію, тому що частинки взаємодіють одна з одною (притягуються та відштовхуються).

Внутрішня енергія (в термодинаміці) – це сума кінетичних енергій хаотичного (теплового) руху частинок речовини (атомів, молекул, йонів), з яких складається тіло, і потенціальних енергій їх взаємодії.

2. Внутрішня енергія

1. Внутрішня енергія ідеального газу дорівнює кінетичній енергії поступального та обертального рухів його частинок.

2. Внутрішня енергія даної маси ідеального газу прямо пропорційна його абсолютній температурі.

Доведемо це твердження для одноатомного газу.

Рівняння Менделєєва – Клапейрона

3. Внутрішня енергія – функція стану системи, тобто вона однозначно визначається основними макроскопічними параметрами , що характеризують систему, і незалежно від того, яким чином систему переведено з одного стану в інший, зміна внутрішньої енергії буде однаковою.

4. Внутрішню енергію можна змінити двома способами: виконанням роботи і теплопередачею.

3. Процес теплопередачі

Теплопередача (теплообмін) –процес зміни внутрішньої енергії тіла або частин тіла без виконання роботи.

Довільно внутрішня енергія завжди передається від більш нагрітого тіла до менш нагрітого.

Види теплопередачі:теплопровідність, конвекція, випромінювання.

Теплопровідність – вид теплопередачі, який зумовлений хаотичним рухом частинок речовини та не супроводжується перенесенням цієї речовини.

Найкращими провідниками тепла є метали, погано проводять тепло дерево, скло, шкіра, рідини (крім рідких металів); найгірші провідники тепла – гази.

Передача енергії від гарячої води до батареї опалення, від поверхні води до її нижніх шарів тощо відбувається завдяки теплопровідності.

Конвекція – вид теплопередачі, за якого тепло переноситься потоками рідини або газу.

Теплі потоки рідини або газу мають меншу густину, тому під дією архімедової сили піднімаються, а холодні потоки – опускаються. Завдяки конвекції здійснюється циркуляція повітря в приміщенні, нагрівається рідина в каструлі, що стоїть на плиті, існують вітри і морські течії та ін.

У твердих тілах конвекція неможлива.

Випромінювання – вид теплопередачі, за якого енергія передається за допомогою електромагнітних хвиль.

Найуніверсальніший вид теплопередачі: тіла завжди випромінюють і поглинають інфрачервоні (теплові) електромагнітні хвилі. Це єдиний вид теплообміну, який можливий у вакуумі (енергія від Сонця передається тільки випромінюванням). Краще випромінюють і поглинають енергію тіла зтемною поверхнею.

4. Кількість теплоти

Кількість теплоти  – це фізична величина, що дорівнює енергії, яку тіло одержує (або віддає) в ході теплопередачі.

Кількість теплоти, яка поглинається при нагріванні речовини (або виділяється при її охолодженні):

 – питома теплоємність речовини

 – маса речовини

 – зміна температури

Теплоємність тіла – це добуток питомої теплоємності і маси речовини, з якої виготовлено тіло.

Кількість теплоти в разі фазових переходів
Кристалічний стан ↔ Рідкий стан	Рідкий стан ↔ Газоподібний стан
Кількість теплоти, яка поглинається при плавленні кристалічної речовини (або виділяється при кристалізації рідини), обчислюють за формулою:  – питома теплота плавлення  – маса речовини	Кількість теплоти, яка поглинається при пароутворенні (або виділяється при конденсації), обчислюють за формулою:  – питома теплота пароутворення за даної температури  – маса речовини
Під час плавлення, і під час кипіння температура речовини не змінюється

Кількість теплоти, яка виділяється в ході повного згоряння палива:

– питома теплота згоряння палива; – маса палива.

Коефіцієнт корисної дії нагрівника:

 – коефіцієнт корисної дії нагрівника;

– корисно спожита теплота;

–  теплота, яка виділяється в процесі повного згоряння палива.

Рівняння теплового балансу:

  – кількість теплоти, одержана тілом

 – кількість теплоти, відданатілом

ІV. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ

V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

Бесіда за питаннями

1. Дайте означення внутрішньої енергії.

2. Виведіть формули для розрахунку внутрішньої енергії ідеального одноатомного газу. Чому цими формулами не можна скористатися, якщо молекули газу складаються з більш ніж одного атома?

3. Які способи зміни внутрішньої енергії ви знаєте?

4. Що таке теплопередача?

5. Які існують види теплопередачі? Дайте їх означення, наведіть приклади.

6. Як розрахувати кількість теплоти, передану тілу під час нагрівання (або виділену ним під час охолодження)?

7. Дайте означення питомої теплоємності тіла.

8. Як обчислити кількість теплоти, необхідну для плавлення кристалічної речовини? для перетворення рідини на пару?

VI. Домашнє завдання

Опрацювати § 36, Вправа № 36 (1-2)

Додаткові задачі

1. Знайдіть температуру ідеального одноатомного газу, якщо внутрішня енергія 5 моль цього газу дорівнює 20 кДж.

2. На скільки градусів слід збільшити температуру 100 г аргону, щоб його внутрішня енергія збільшилася на 3,3 кДж?

3. Знайдіть внутрішню енергію ідеального одноатомного газу, що перебуває під тиском 100 кПа в посудині об’ємом 40 м³.

4. Порівняйте внутрішню енергію 1 кг льоду за температур –4 °С і 0 °С . Яке значення більше й на скільки?

5. Маса суміші криптону й аргону дорівнює 62 г. Визначте масу аргону в цій суміші, якщо її внутрішня енергія за температури 27 °С становить 3,74 кДж.

6. Визначте зміну внутрішньої енергії ідеального одноатомного газу в ході процесу, графік якого зображено на рисунку, якщо тиск газу в стані 1 становить 2 МПа, а об’єм у стані 2 дорівнює 9 м³.

7. У закритій посудині об’ємом 5 л міститься ідеальний одноатомний газ за тиску 100 кПа. Після охолодження газу тиск зменшився до 70 кПа. На скільки зменшилася внутрішня енергія газу?