Урок на тему " Перший закон термодинаміки"

Тема: Перший закон термодинаміки Мета: формувати компетентності:

1. Предметну (фізична):

-   теоретичну (сформулювати перший закон термодинаміки, встановити зв'язок між зміною внутрішньої енергії системи, роботою і кількістю теплоти, переданої системі);

-   дослідницьку (дослідження теми «Відкриття першого закону термодинаміки»).

2.                      Ключові: навчально-пізнавальна (формувати науковий світогляд та інтерес до вивчення фізики), кооперативна (уміння організувати власну трудову діяльність в колективі), комунікативна (уміння спілкуватися в інформаційному полі фізики), інформаційна  (розвивати уміння працювати з підручником, уміння відбирати, аналізувати, оцінювати, перекодувати та систематизувати інформацію).

3.                      Екологічну (дослідити екологічні проблеми, пов’язані із вивільненням, передачею і використанням теплової енергії)

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу

План уроку

Хід уроку

1.     Організаційний етап 

Привітання. Перевірка готовності класу до уроку. Перевірка домашнього завдання.

2.     Мотивація, постановка мети та задач уроку

Тема нашого уроку: Перший закон термодинаміки. На сьогоднішньому уроці ми з вами сформулюємо перший закон термодинаміки, встановимо зв'язок між зміною внутрішньої енергії системи, роботою і кількістю теплоти, переданої системі, та розглянемо наслідки з першого закону термодинаміки, а саме, застосування закону до ізопроцесів.

3.     Актуалізація опорних знань, умінь і навичок

На минулих уроках ми розглядали зміну внутрішньої енергії системи, роботу і кількість теплоти, переданої системі, вивчали також ізопроцеси.  Давайте згадаємо:

1.     Що таке внутрішня енергія тіла.

2.     Назвіть способи зміни внутрішньої енергії та запишіть формулу для визначення зміни внутрішньої енергії.

3.     Виведіть формулу для визначення роботи ідеального газу.

4.     Вивчення нового матеріалу

Те, що внутрішню енергію системи можна змінити двома способами – завдяки виконанню роботи або в наслідок теплопередачі, спонукало вчених шукати співвідношення між цими величинами. Спочатку у 1842 р. німецький природодослідник Р. Майєр теоретично встановив, а згодом у 1843 р. англійський вчений Дж. Джоуль експериментальним шляхом виміряв еквівалентність значень кількості теплоти і роботи. За їхніми результатами було зроблено узагальнення щодо збереження енергії в природі: енергія в природі не виникає з нічого і не зникає безслідно; вона лише переходить з однієї форми в іншу.

Пізніше цей фундаментальний закон природи набув логічної форми першого закону термодинаміки: перехід термодинамічної системи з одного стану в інший характеризується зміною її внутрішньої енергії, яка дорівнює сумі роботи зовнішніх сил і кількості теплоти, наданої системі: ∆U=Q+A.

У будь-якому стані тіло має певну внутрішню енергію. Проте неправильно буде стверджувати, що воно має певну кількість теплоти чи роботи. Незалежно від того, яким із цих способів відбувається зміна стану тіла, цей стан однозначно визначає внутрішня енергія. Так, газ може нагрітися за рахунок надання йому певної кількості теплоти або внаслідок виконання зовнішніми силами роботи. Проте не можна однозначно відповісти, завдяки якому процесу – виконанню роботи чи теплопередачі – відбулося нагрівання газу.

Якщо система сама виконує роботу (A=−A^′), то перший закон термодинаміки набуває іншого вигляду: Q=∆U+p∆V, тобто надання термодинамічній системі певної кількості теплоти спричиняє зміну її внутрішньої енергії або виконання нею роботи, чи того й іншого одночасно.

5.  Закріплення набутих знань. Розв'язування задач.

          Задача 1. На скільки змінилась внутрішня енергія газу, який виконав роботу 50 кДж, коли отримав кількість теплоти 85 кДж?

Дано:                     СІ                                        Розв'язання:

А = 50 кДж       50*10³ Дж                  В цьому випадку запишемо формулу 

Q = 85 кДж       85*10³ Дж                  І закону термодинаміки так 

                                                              Q = ∆U + A

∆U - ?                                                    ∆U = Q – А 

                                                              [ U ] = Дж – Дж = Дж

        ∆U = 85*10³ - 50*10³ = 35*10³ (Дж)

Відповідь: збільшиться на 35*10³ Дж.

          Задача 2. Одноатомному газу, кількістю речовини 2 моля, передано кількість теплоти 1,2 кДж. При цьому газ виконав роботу 600 Дж. На скільки змінилась температура газу?

Дано:                                                             Розв'язання:  ν = 2 моль                                              І закон термодинаміки для цього

Q = 1,2 кДж       1,2*10³ Дж                  випадку має вигляд 

А = 600 Дж                                             Q = ∆U + A

                                                                Зміна внутрішньої енергії одноатомного 

∆Т - ?                                                      газу   ∆U = 3mR∆T/2M

а кількість речовини визначимо ν = m/М     ∆U = 3 ν R∆T/2 Рівняння І закону термодинаміки стане

Q = (3 ν R∆T/2) + А                                3 ν R∆T/2 = Q – А

∆Т = (Q – А)*2/3 ν R

[∆Т] = Дж*моль*К/моль*Дж = К

∆Т = (1200 – 600)*2/3*2*8,31= 24 (К)

Відповідь: збільшилась на 24 К.

На домашнє завдання вам було підготувати доповідь на тему «Відкриття першого закону термодинаміки». Давайте прослухаємо ваші доповіді.

6.     Закріплення вивченого матеріалу

1.     Наслідком якого закону є перший закон термодинаміки?

2.     Сформулюйте перший закон термодинаміки?

7.     Підбиття підсумків, оцінювання результатів роботи учнів

8.     Домашнє завдання

Підручник « Фізика» М.В. Головко 10 клас опрацювати §36 .

Підготувати доповіді на теми «Принцип роботи холодильника й кондиціонера» та «Негативний вплив теплових машин на довкілля. Шляхи вирішення цієї проблеми».