Урок "Внутрішня енергія тіла і способи її зміни"

Урок №

Тема. Внутрішня енергія тіл і способи її зміни

Мета: дати молекулярно-кінетичне трактування поняття внутрішньої енергії та способів зміни внутрішньої енергії; розвивати логічне мислення, вміння аналізувати, робити висновки.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ХІД УРОКУ

І. Актуалізація опорних знань

Робота з науковим текстом

Понад 200 років тому М. В. Ломоносов у роботі «Роздуми про причини теплоти і холоду» писав: «Оскільки тіла можуть рухатися подвійним рухом — загальним, за якого все тіло безперервно змінює своє положення за нерухомих одна відносно одної частинок, і внутрішнім, яка є зміною місця нечутливих частинок матерії, і оскільки при найшвидшому загальному русі не спостерігається теплоти, а за його відсутності спостерігається теплота, то очевидно, що теплота полягає у внутрішньому русі матерії».

— Про які два різні типи руху йдеться?

— Які види механічної енергії тіла ви знаєте?

— Що можна сказати про відносну швидкість руху молекул під час розгляду механічної та внутрішньої енергії?

— Зміна яких параметрів призводить до зміни механічної, а яких до зміни внутрішньої енергії?

II. Постановка навчальної проблеми

На стіл з певної висоти падає пластилінова кулька. Дайте відповідь на запитання:

1. Яку енергію мала кулька на початок руху?

2. Чи відбувався перехід енергії під час падіння? Який саме?

3. Яку енергію мала кулька безпосередньо перед ударом? Куди поділася ця енергія?

4. Що сталося з кулькою і столом? 

III. Вивчення нового матеріалу

Внутрішня енергія — це сума кінетичної енергії хаотичного руху молекул і потенціальної енергії взаємодії молекул одна з одною. Внутрішня енергія — функція стану системи U = f(p,V,T), тобто вона однозначно визначається основними макроскопічними параметрами, що характеризують систему.

Найпростіше можна обчислити внутрішню енергію ідеального одноатомного газу, бо його атоми здійснюють лише поступальний рух. Для цього потрібно середню кінетичну енергію поступального руху атомів помножити на кількість атомів.  Для одноатомного ідеального газу:

Використавши рівняння Клапейрона-Менделєєва, вираз для внутрішньої енергії ідеального одноатомного газу можна подати так:

Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла?

Енергія, передана (або отримана) внаслідок теплопередачі, називається кількістю теплоти. Визначаємо кількість теплоти:

1. Під час нагрівання (або охолодження) тіла кількість переданої (отриманої) теплоти прямо пропорційна масі тіла і зміні його температури. 

-). Коефіцієнт пропорційності с характеризує залежність зміни внутрішньої енергії від речовини і називається питомою теплоємністю речовини.

2. Плавлення і тверднення тіл відбувається за цілком певної температури. . λ – питома теплота плавлення
3. Випаровування і конденсація  відбувається за цілком певної температури. . питома теплота пароутворення
4. Види палива характеризуються питомою теплотою згоряння. 
5. Тепловим балансом у замкненій системі тіл при теплообміні між ними називається однаковість сум кількостей теплоти, що віддаються більш нагрітими тілами менш нагрітим, і кількостей теплоти, одержаних останніми. Приклад: в чашку з водою із зануреною ложкою долили більш гарячу воду. Ця вода, охолоджуючись до деякої температури, спільної для всієї даної системи у стані рівноваги, віддає кількість теплоти Q, при цьому вода в чашці отримує кількість теплоти Q₁, ложка — Q₂. Отже: Q = Q₁ + Q₂.

IV. Закріплення вивченого матеріалу

Розв’язування задач

1. Обчисліть внутрішню енергію одноатомного газу з кількістю речовини 5 моль за температури 27 °С.

2. На скільки зміниться внутрішня енергія 200 г гелію у разі збільшення температури на 20 К?

3. На нагрівання 10 кг заліза на 20 °С витратили таку саму кількість теплоти, що й для нагрівання 1 кг води на 21 °С. Визначте за даними досліду питому теплоємність заліза.

4. Визначте ККД кухонної плити, якщо при спалюванні 10 кг дров 40 л води нагрівається від 20 °С до 100 °С.

V. Узагальнення знань

• Внутрішня енергія макроскопічного тіла (U) є сумою кінетичної енергії хаотичного руху молекул (атомів) і потенціальної енергії їх взаємодії.

• Внутрішня енергія одноатомного ідеального газу:

де m — маса газу; М — молярна маса газу; R — універсальна газова стала.

• Способи зміни внутрішньої енергії:

1. Виконання роботи.

2. Теплопередача.

• Види теплопередачі — процесу передачі енергії від більш нагрітих тіл до менш нагрітих:

— теплопровідність;

— конвекція;

— випромінювання

VI. Підсумки уроку

Вправа «Мікрофон». Закінчи речення.

1. Енергію хаотичного руху молекул та їх взаємодії називають...

2. Вона позначається літерою..., а кількість теплоти позначається літерою... .

3. Кількість теплоти і внутрішню енергію вимірюють у... .

4. Внутрішню енергію тіла можна зменшити, якщо... .

5. Внутрішню енергію можна збільшити, якщо... .

VII. Домашнє завдання

§36 – вивчити, впр 36 (3,4) – розв’язати.