Урок в 10 класі на тему: «Перший закон термодинаміки. Адіабатний процес. Застосування першого закону термодинаміки до ізопроцесів в ідеальному газі. Розв’язування задач».

https://www.youtube.com/watch?v=ki3SRCHhQko



https://naurok.com.ua/test/pershiy-zakon-termodinamiki-adiabatniy-proces-101031.html

Перший закон термодинаміки. Адіабатний процес. Застосування першого закону термодинаміки до різних процесів. 10 клас.

Мета уроку: ввести перший закон термодинаміки, пояснити його фізичну сут­ність та значення для опису процесів молекулярної фізики; показати, як застосувати перший закон термодинаміки для ізопроцесів; ввести поняття «адіабатний процес»; розвивати логічне мислення учнів, уміння аналізу­вати умову задач, розвивати вміння спостерігати,глибоко аналізувати, зіставляти, порівнювати,пояснювати явища; виховувати впевненість у собі, необхідність в знаннях.

Тип уроку: комбінований урок.

                                                 Хід уроку.

І. Організаційний момент.

Оголошення теми і мети уроку.

ІІ. Перевірка домашнього завдання.

Фізичний диктант.

1. Що називають внутрішньою енергією системи?

2. Які існують способи зміни внутрішньої енергії тіла?

3. Як відбувається обмін внутрішньої енергії між тілами при теплопередачі?

4. За якою формулою визначається внутрішня енергія ідеального газу (одноатомного і багатоатомного)?

9. Наведіть приклади зміни внутрішньої енергії шляхом здійснення роботи чи теплопередачі.

ІІІ. Актуалізація опорних знань.

План вивчення нової теми:

•        Перший закон термодинаміки.

•        Застосування першого закону термодинаміки до ізопроцесів.

•        Адіабатний процес. Застосування першого закону термодинаміки до адіабатного процесу.

ІV. Вивчення нового матеріалу.

Закон збереження і перетворення енергії, поширений на теплові явища, називають першим законом термодинаміки.

І закон: зміна внутрішньої енергії системи у випадку переходу її з одного стану в інший дорівнює сумі роботи зовнішніх сил і кількості теплоти, переданої системі: .

.

- робота зовнішніх сил над системою.

- робота системи над зовнішніми тілами.

   .

Кількість теплоти, переданої системі, витрачається на зміну її внутрішньої енергії і на виконання системою роботи над зовнішніми тілами.

1. Ізотермічний процес.

(внутрішня енергія газу не змінюється).   .

. Уся передана газу кількість теплоти витрачається на виконання роботи.

Якщо , то .

Якщо , то , але .

2. Ізобарний процес.

. , 

3. Ізохорний процес.

.   .

Якщо газ нагрівається, то  і ; його внутрішня енергія збільшується.

Під час охолодження газу і . Зміна внутрішньої енергії від’ємна і внутрішня енергія газу зменшується.

4. Адіабатний процес.

Процес у теплоізольованій системі називають адіабатним.

, або .

При стисканні газу без теплообміну з навколишнім середовищем його внутрішня енергія збільшується, при розширенні – зменшується. Тому під час адіабатного стискання температура газу підвищується, а в разі адіабатного розширення – знижується.

На мал. подано графік адіабатного процесу. При адіабаті зміна тиску від об’єму відбувається швидше, ніж при ізотермі.. Це пояснюється тим, що при адіабатному стисненні збільшення тиску газу зумовлено не тільки зменшенням його об’єму, як при ізотермічному стисненні, а й підвищенням температури.

Охолодженням газу під час адіабатного розширення пояснюється утворення хмар. Адіабатне розширення потоку нагрітого повітря і ненасиченої пари з нижніх до верхніх шарів атмосфери є основною причиною зниження потоку, конденсації водяної пари та утворення хмар. При опусканні повітряних мас відбувається зворотний адіабатний процес, внаслідок якого температура підвищується. На адіабатне нагрівання й охолодження повітря в атмосфері накладаються ще й теплові ефекти, спричинювані тепловим випромінюванням, теплопровідністю, конвекцією, а також випаровуванням та конденсацією. В сухому та ненасиченому повітрі зниження чи підвищення температури на кожні 100 м дорівнює 10 °C. У повітрі, насиченому водяною парою — приблизно 0,5 °C.

    

При адіабатному розширенні внутрішня енергія робочого тіла повинна зменшуватись.

Висновок: під час адіабатного стискання тіла внутрішня енергія його збільшується, а при адіабатичному розширенні — зменшується. Виконана робота при цьому дорівнює за величиною і протилежна за знаком зміні внутрішньої енергії системи.

Другий закон термодинаміки виражає необоротність процесів у природі та вказує напрям можливих енергетичних процесів:

неможливий процес, єдиним результатом якого є передача енергії у формі теплоти від менш нагрітого тіла до більш нагрітого.

V. Розв’язування задач.

№1. Порівняйте внутрішні енергії однакових мас аргону і гелію при однаковій температурі.

    

Внутрішня енергія гелію в 10 разів більша.

№2. Яку роботу здійснює газ під час ізобарного збільшення об'єму від 40 до 60 л? Тиск газу дорівнює 250 кПа.

№3. У циліндрі під тиском 0,2 МПа міститься 2 м³ повітря за температури 10°С. Якою буде виконана робота під час ізобарного нагрівання пові­тря до температури 20 °С?

VІ. Підсумок уроку.

Домашнє завдання: вивчити конспект.