Внутренняя энергия в термодинамике


Министерство труда, занятости и трудовых ресурсов Новосибирской области государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение новосибирской области «Новосибирский колледж транспортных технологий имени Н.А. Лунина Барабинский филиал Новосибирского колледжа транспортных технологий имени Н. А. Лунина»
Открытый урок на тему: «Термодинамика. Внутренняя энергия.»
Преподаватель дисциплины физика:
Нагога Екатерина Михайловна
Барабинск, 2016 год
Тема: «Термодинамика. Внутренняя энергия»
Цели: (Сл. 2.)
Ввести понятия термодинамики и внутренней энергии;
Рассмотреть способы изменения внутренней энергии.
Решать задачи, используя новые и изученные формулы.
Развитие речи, мышления;
Формировать познавательный интерес, положительной мотивации к учению;
Воспитание дисциплинированности, эстетического восприятия мира.
Организационные формы и методы обучения:
Традиционные- беседа;
Инновационные –изучение нового материала с помощью компьютера.
Средства обучения:
Компьютер;
Проектор;
Тестовые задания.
Ход урока
Организационный момент
Вступительное слово учителя: «На прошлом уроке мы изучали твердые тела. Домашним заданием было ответить на вопросы. Сейчас проверим как справились с дом. заданием.»
Повторение домашнего задания (Сл. 3.)
Вопросы
Вам дана таблица нужно соединить вопрос с правильным ответом, затем обменяться листочками и проверить.
(критерии оценок: 1-3 «3»; 4-6 «4»; 7- «5» )
На какие виды делятся твердые тела по характеру относительного распространения частиц?
Ответ: кристаллы и аморфные тела.
Что из себя представляют кристаллы?
Ответ: молекулы, атомы и ионы расположены в определенном порядке, в форме кристаллической решетки, образуя дальний порядок.
Примеры: железо, серебро, медь, лед и т.д.
(Сл. 4)
Что представляют собой аморфные тела?
Ответ: а. т. не имеют строгого порядка, образуют ближний порядок.
Пример: стекло, канифоль, смола, парафин и т.д.
Основные свойства кристаллов?
Ответ: сохраняет объем и форму, анизотропны.
(анизотропия-зависимость физических свойств от направления внутри кристалла).
Основные свойства аморфных тел?
Ответ: сохранение объема и формы при низких температурах, с повышением температуры они ведут себя как вязкие жидкости, изотропны.
(изотропия-независимость физических свойств тела от выбранного в нем направления).
(сл. 5)
Монокристаллы – это…
Ответ: твердые тела, частицы которого образуют единую кристаллическую решетку.
Пример: монокристалл кварца, каменной соли, алмаза, топаза и т.д.
Поликристаллы- это…
Ответ: твердое тело, состоящее из монокристаллов.
Пример: лед, железо, медь и т.д.
Объяснение нового материала.
(Сл.6.)
Термодинамика- раздел физики, в котором изучается теория тепловых процессов, не учитывая молекулярное строение тел.
Как вы знаете макроскопические тела имеют параметры P-давление, V- объём, T- температура.
Термодинамика была создана в середине 19 века после открытия закона сохранения энергии. В её основе лежит понятие внутренней энергии.
(Сл.7.) Внутренняя энергия- это суммарная кинетическая энергия движения и взаимодействия молекул.
U=∑(EK+EP)
Так как молекулы идеального газа не взаимодействуют между собой, то EP=0.
Вся внутренняя энергия идеального газа определяется кинетической энергией движения его молекул.
2044065170815834390170815EK= 3/2m/M RT => U= 3/2m/M RT
Или U= 3/2m/M R T - для одноатомного газа.
Внутренняя энергия идеального одноатомного газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре.
(Сл.8) При использовании уравнения Менделеева- Клапейрона: U= 3/2 PV – для одноатомного газа.
U= 5/2 PV- для двухатомного газа.
U= i/2 PV- для произвольного газа, где i=n*2+1- число степеней свободы.
Для многоатомного газа i=6, так как существуют 3 степени свободы поступательного движения и 3 степени свободы вращательного движения молекул. Может быть еще колебательное движение атомов в молекуле, но его обычно учитывают для реальных газов, используя экспериментальные данные. Для идеальных газов колебательное движение атомов в молекулах тоже может быть учтено при расчете внутренней энергии, об этом будет сказано в разделе "Зависимость теплоемкостей идеальных газов от температуры".
Мы будем руководствоваться молекулярно-кинетической теорией идеального газа. В соответствии с ней атомы в молекулах идеального газа имеют жесткие связи, т.е. колебательного движения атомов в молекулах нет.
(Сл.9.)
Имеется два способа изменения внутренней энергии:
Теплообмен – процесс, при котором тело получает или отдает некоторое количество теплоты в процессе теплопередачи.
Пример: ставим кастрюлю с водой на огонь, по мере того как нагревается кастрюля, нагревается и вода. При этом кастрюля отдает своё тепло воде.
Теплообмен- передача энергии от одного тела к другому без совершения работы.
196214920701000Виды теплообмен
4076700571400342519086995

теплопроводность конвекция излучение
а) теплопроводность-способность материальных тел к переносу энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым телам.
(сл. 10) б) Конвекция- вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками.
в) Излучение- процесс испускания и распространения энергии в виде волн и частиц.) 
При теплообмене энергия передаётся от более нагретого тела к менее нагретому.
2. Совершение механической работы.
Механическую работу мы рассмотрим с вами на следующем уроке.
(Сл.11.)
4.Закрепление изученного. Решение задач.
1. Аэростат объёмом 500 м3 наполнен гелием под давлением 105 Па. В результате солнечного нагревания температура газа в аэростате поднялась от 100 С до 250 С. На сколько увеличилась внутренняя энергия газа.
2. В стальном баллоне находится гелий массой 0,5 кг. при температуре 100 С. Как изменится внутренняя энергия гелия, если его температура повысится до 300С.
(Сл.12.) 5. Домашнее задание §75 Упражнение 15 № 1.
(Сл. 13) 6. Решить самостоятельно на оценку
3. Какова внутренняя энергия гелия, заполняющего аэростат объёмом 60 м3 при давлении 100 кПа? (3)
4. На сколько изменится внутренняя энергия гелия массой 200 грамм при увеличении температуры на 200С. (4)
5. Сравнить внутреннюю энергию аргона и гелия при одинаковой температуре. Массы газов одинаковы. (5)
(Сл.10.) Самостоятельная работа (работа по карточкам).
На столах у вас лежат карточки, вам нужно ответить на вопросы, затем обменяться карточками, проверить и выставить оценки.
Выберите ответы вместо многоточия и закончите фразы. Правильный только один ответ.
Количество теплоты- количественная характеристика изменения внутренней энергии системы путем…
а) совершения работы
б) передачи электроэнергии
в) совершения работы и теплообмена
г) теплообмена.
2. Внутренняя энергия- это….
а) энергия, зависящая только от внутреннего состояния системы.
б) энергия тел, входящих в термодинамическую систему.
в) кинетическая энергия движения молекул.
г) потенциальная энергия атомов.
3. Какое определение ошибочно?
Внутренней энергией тела называется….
а) энергия этого тела за вычетом механической энергии тела как целого.
б) сумма кинетической и потенциальной энергий всех частиц составляющих тело.
в) сумма кинетических энергий молекул.
г) все определения неправильны.
4. Внутреннюю энергию можно измерить…
а) только путем теплопередачи.
б) нельзя измерить вообще.
в) путем совершения работы.
г) совершением работы и теплопередачей.
5. Термодинамическая система- это…
а) совокупность тел с разными температурами.
б) тела, обладающие высокой температурой.
в) совокупность макроскопических тел обменивающихся друг с другом энергией.
г) совокупность макроскопических тел и полей обменивающихся друг с другом и внешней средой энергией и веществом.
6. Наука, изучающая свойства макроскопических тел с энергетических позиций, называется….
а) молекулярно- кинетической теорией.
б) динамикой.
в) термодинамикой.
г) энергодинамикой.
Критерии оценок: 1-3 вопр.- «3», 4-5 вопр.- «4», 6 вопр. -«5»
Приложение 1: Проверка домашнего задания
Соединить левый столбик с правым
На какие виды делятся твердые тела по характеру относительного распространения частиц?
сохраняет объем и форму, анизотропны.
(анизотропия-зависимость физических свойств от направления внутри кристалла).
Что из себя представляют кристаллы?
не имеют строгого порядка, образуют ближний порядок.
Пример: стекло, канифоль, смола, парафин и т.д.
Что представляют собой аморфные тела? кристаллы и аморфные тела.
Перечислите основные свойства кристаллов?
сохранение объема и формы при низких температурах, с повышением температуры они ведут себя как вязкие жидкости, изотропны.
(изотропия-независимость физических свойств тела от выбранного в нем направления).
Перечислите основные свойства аморфных тел?
твердые тела, частицы которого образуют единую кристаллическую решетку.
Пример: монокристалл кварца, каменной соли, алмаза, топаза и т.д.
Монокристаллы – это…
твердое тело, состоящее из монокристаллов.
Пример: лед, железо, медь и т.д.
Поликристаллы- это…
Критерии оценок:
«3»
«4»
7- «5» молекулы, атомы и ионы расположены в определенном порядке, в форме кристаллической решетки, образуя дальний порядок.
Примеры: железо, серебро, медь, лед и т.д.
Приложение 2. Закрепление изученного:
самостоятельная работа
Выберите ответы вместо многоточия и закончите фразы. (Правильный только один ответ.)
Количество теплоты- количественная характеристика изменения внутренней энергии системы путем…
а) совершения работы
б) передачи электроэнергии
в) совершения работы и теплообмена
г) теплообмена
2. Внутренняя энергия- это….
а) энергия, зависящая только от внутреннего состояния системы.
б) энергия тел, входящих в термодинамическую систему.
в) кинетическая энергия движения молекул.
г) потенциальная энергия атомов.
Какое определение ошибочно?
3. Внутренней энергией тела называется….
а) энергия этого тела за вычетом механической энергии тела как целого.
б) сумма кинетической и потенциальной энергий всех частиц составляющих тело.
в) сумма кинетических энергий молекул.
г) все определения неправильны.
4. Внутреннюю энергию можно измерить…
а) только путем теплопередачи.
б) нельзя измерить вообще.
в) путем совершения работы.
г) совершением работы и теплопередачей.
5. Термодинамическая система- это…
а) совокупность тел с разными температурами.
б) тела, обладающие высокой температурой.
в) совокупность макроскопических тел обменивающихся друг с другом энергией.
г) совокупность макроскопических тел и полей обменивающихся друг с другом и внешней средой энергией и веществом.
6. Наука, изучающая свойства макроскопических тел с энергетических позиций, называется….
а) молекулярно- кинетической теорией.
б) динамикой.
в) термодинамикой.
г) энергодинамикой.
Критерии оценок: 1-3 вопр.- «3» вопр.- «4» 6 вопр.-«5»
Приложение 3
3. Какова внутренняя энергия гелия, заполняющего аэростат объёмом 60 м3 при давлении 100 кПа? (3)
4. На сколько изменится внутренняя энергия гелия массой 200 грамм при увеличении температуры на 200С. (4)
5. Сравнить внутреннюю энергию аргона и гелия при одинаковой температуре. Массы газов одинаковы. (5)
3. Какова внутренняя энергия гелия, заполняющего аэростат объёмом 60 м3 при давлении 100 кПа? (3)
4. На сколько изменится внутренняя энергия гелия массой 200 грамм при увеличении температуры на 200С. (4)
5. Сравнить внутреннюю энергию аргона и гелия при одинаковой температуре. Массы газов одинаковы. (5)
3. Какова внутренняя энергия гелия, заполняющего аэростат объёмом 60 м3 при давлении 100 кПа? (3)
4. На сколько изменится внутренняя энергия гелия массой 200 грамм при увеличении температуры на 200С. (4)
5. Сравнить внутреннюю энергию аргона и гелия при одинаковой температуре. Массы газов одинаковы. (5)
3. Какова внутренняя энергия гелия, заполняющего аэростат объёмом 60 м3 при давлении 100 кПа? (3)
4. На сколько изменится внутренняя энергия гелия массой 200 грамм при увеличении температуры на 200С. (4)
5. Сравнить внутреннюю энергию аргона и гелия при одинаковой температуре. Массы газов одинаковы. (5)
3. Какова внутренняя энергия гелия, заполняющего аэростат объёмом 60 м3 при давлении 100 кПа? (3)
4. На сколько изменится внутренняя энергия гелия массой 200 грамм при увеличении температуры на 200С. (4)
5. Сравнить внутреннюю энергию аргона и гелия при одинаковой температуре. Массы газов одинаковы. (5)
3. Какова внутренняя энергия гелия, заполняющего аэростат объёмом 60 м3 при давлении 100 кПа? (3)
4. На сколько изменится внутренняя энергия гелия массой 200 грамм при увеличении температуры на 200С. (4)
5. Сравнить внутреннюю энергию аргона и гелия при одинаковой температуре. Массы газов одинаковы. (5)

Приложенные файлы


Добавить комментарий