Урок № 57

 Внутрішня енергія. Способи зміни внутрішньої енергії

 Словник: 

  Термодинаміка – розділ фізики, у якому вивчаються загальні властивості макроскопічних систем, що перебувають в стані термодинамічної рівноваги.

  Термодинамічна система – це будь-яка система, яка складається з великої кількості частинок – атомів, молекул, іонів та електронів, які здійснюють тепловий хаотичний рух та під час взаємодії обмінюються енергією.

  Внутрішня енергія макроскопічного тіла -  сумі кінетичних енергій безладного руху всіх молекул (або атомів) та потенціальних енергій взаємодії молекул (або атомів) між собою.

  

 Теплопередачею або теплообміном називається процес передачі енергії від одного тіла до іншого без здійснення роботи.

   Теплопровідність – вид теплопередачі, під час якої передавання внутрішньої енергії від одних тіл до інших відбувається при їх безпосередньому контакті та зумовлена взаємодією атомів і молекул.

  Конвекція – вид теплопередачі, при якій внутрішня енергія від одних тіл до інших передається рухомими струменями рідини чи газу.

Випромінювання – це передача тепла за допомогою електромагнітних хвиль.

 Кількість теплоти – це частина внутрішньої енергії, яку тіло втрачає чи отримує при теплопередачі

Повторення

1. З яких частинок складаються всі речовини? Як можна охарактеризувати їх рух?

2. Чому рух частинок називають тепловим? Як рух частинок пов'язаний з температурою?

3. Що таке енергія? В яких одиницях вона вимірюється?

4. Що таке потенціальна енергія? Кінетична?

    Учитель повідомляє тему уроку, пропонує учням ознайомитися з планом її вивчення. Потім просить учнів самостійно сформулювати мету уроку і за необхідності вносить корективи у їхні відповіді.

Як відомо, вивільнення, трансформація і використання внутрішньої енергії тіл – одна з найактуальніших проблем сучасної фізики.

    

Вивчення нового матеріалу

1. Термодинаміка. Термодинамічна система.

     Термодинаміка, основоположником якої був французький вчений С. Карно, як наука сформулювалася в першій половині XIX ст., її виникнення і розвиток були зумовлені створенням теплових двигунів. Сьогодні ж термодинаміка – самостійна наука, методи якої широко застосовуються не тільки  в фізиці, а й в хімії, біології та інших природничих науках.

     Термодинаміка – розділ фізики, у якому вивчаються загальні властивості макроскопічних систем, що перебувають в стані термодинамічної рівноваги.

     Термодинаміка вивчає найбільш загальні закономірності перетворення енергії, але не розглядає молекулярної будови речовини.

 Термодинамічна система – це будь-яка система, яка складається з великої кількості частинок – атомів, молекул, іонів та електронів, які здійснюють тепловий хаотичний рух та під час взаємодії обмінюються енергією.

Якщо тіла системи взаємодіють тільки між собою, то така система називається ізольованою (замкненою). Стан термодинамічної системи зумовлюється температурою, об’ємом та зовнішнім тиском.

2. Внутрішня енергія. Способи її зміни.

     Учитель пропонує пригадати учням, що називають внутрішньою енергією.

Внутрішня енергія макроскопічного тіла дорівнює сумі кінетичних енергій безладного руху всіх молекул (або атомів) та потенціальних енергій взаємодії молекул (або атомів) між собою.

    Якщо йдеться про ідеальний газ, то для нього не розглядається взаємодія молекул між собою. Отже, внутрішня енергія ідеального газу  дорівнює тільки сумі кінетичних енергій безладного руху всіх молекул (або атомів), з яких він складається.

    Для ідеального газу внутрішня енергія визначається за формулою

                          

U – внутрішня енергія, m – маса газу, і – число ступенів свободи молекул.

    Число ступенів свободи – це число незалежних величин, за допомогою яких може бути задано положення тіла або частинок. Для одноатомного газу і = 3, двоатомного і =5, трьохатомного і=6 і т.д.

Способи зміни внутрішньої енергії:  1) теплопередача; 2) здійснення роботи над тілом чи самим тілом.

3. Теплопередача, її види.

  

   Теплопередачею або теплообміном називається процес передачі енергії від одного тіла до іншого без здійснення роботи.

   Способи теплопередачі:  1) теплопровідність, 2) конвекція, 3) випромінювання.

     Теплопровідність – вид теплопередачі, під час якої передавання внутрішньої енергії від одних тіл до інших відбувається при їх безпосередньому контакті та зумовлена взаємодією атомів і молекул.

    Конвекція – вид теплопередачі, при якій внутрішня енергія від одних тіл до інших передається рухомими струменями рідини чи газу.

 Випромінювання – це передача тепла за допомогою електромагнітних хвиль.

4. Кількість теплоти.

   У процесі теплообміну одні тіла віддають, а інші отримують деяку кількість теплоти. Кількість теплоти позначають символом Q.

    Кількість теплоти – це частина внутрішньої енергії, яку тіло втрачає чи отримує при теплопередачі.

   Кількість теплоти – це скалярна величина, у СІ вимірюється в Джоулях (Дж).

   У ході теплообміну не відбувається перетворення енергії з одної форми в іншу: частина внутрішньої енергії гарячого тіла передається холодному; теплообмін припиняється, як тільки їхні температури зрівняються.

    Теплообмін  у замкнутій системі описується рівнянням теплового балансу:

                     Q_одерж = Q_від

Де  Q_одерж  і  Q_від   - сумарна кількість теплоти відповідно одержана тілом та віддана тілом при теплообміні.

 Закріплення нового матеріалу

1.     Чому глибокий пухкий сніг захищає озимину від вимерзання?

2.     Якщо налити окріп в металеву кружку, то вона швидко стане гарячою. У який спосіб тепло від окропу переходить до стінок кружки?

3.     Чому рідини і гази нагрівають знизу?

4.     Чому радіатори опалення доцільно розташовувати під вікнами, а не над ними?

5.     Сонце – це зоря, що дає землянам життєво необхідне тепло. Як Сонце передає тепло на Землю?

6.     Як враховує людина на практиці різну здатність тіл поглинати енергію випромінювання?

7.     Якій  вид теплообміну в сучасних віконних системах зведений до мінімуму?

8.     За якої температури внутрішня енергія 24 г гелію дорівнює 30 кДж? (Гелій вважати одноатомним газом.)