Тема: Внутренняя энергия. Способы измерения внутренней энергии

Цели урока:

а) Обучающая: изучение основ термодинамики

б) Воспитательная: положительного отношения к знаниям; воспитание дисциплинированности

в) Развивающая: развитие мышления (классифицировать факты, делать обобщающие выводы и т. д.); развитие познавательных умений (формирование умений выделять главное, конспект, наблюдать); развитие умения владеть собой

Задачи урока:

Изучить понятие “внутренняя энергия”, ознакомиться с основными способами измерения внутренней энергии.

Обеспечение урока:

«Физика 11» (авторы Жилко В.В., Лавриненко А.В., Маркович Л.Г.)

Ход урока:

1. Организационный момент – 1 мин

2. Проверка домашнего задания – 10 мин

3. Объяснение нового материала – 25 мин

4. Закрепление материала – 7 мин

5. Домашнее задание – 2 мин

Домашнее задание: §25

Конспект урока:

ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ.

Повторение. Закон сохранения полной механической энергии: полная механическая энергия замкнутой системы, в которой не действуют силы трения (сопротивления), сохраняется.

Систему называют замкнутой, если все ее компоненты взаимодействуют только между собой.

Совершение работы и выделение энергии при термодинамических процессах говорит о том, что термодинамические системы обладают запасом внутренней энергии.

Под внутренней энергией системы U в термодинамике понимают сумму кинетической энергии движения всех микрочастиц системы (атомов или молекул) и потенциальной энергии их взаимодействия между собой. Подчеркнем, что механическая энергия (потенциальная энергия тела, поднятого под поверхно­стью Земли и кинетическая энергия его движения как целого) не входит во внутреннюю энергию.

СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ

Опыт показывает, что существуют два способа изменения внутренней энергии системы — совершение механической работы над системой и теплообмен с другими системами.

Первый способ изменения внутренней энергии — совершение механической работы А' внешними силами над системой или самой системой над внешними телами А (А = -А'). При совершении работы внутренняя энергия системы изменяется за счет энергии внешнего источника. Так, при накачивании велосипедного колеса система нагревается за счет работы насоса, при помощи трения наши предки смогли получить огонь и т. д.

Второй способ изменения внутренней энергии системы (без совершения работы) называется теплообменом (теплопередачей). Количество энергии, полученное или отданное телом при таком процессе, называется количеством теплоты и обозначается ΔQ.

Существуют три вида теплообмена: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение.

При теплопроводности происходит передача теплоты от более нагретого тела к менее нагретому при тепловом контакте между ними. Теплообмен может происходить и между частями тела: от более нагретой части к его менее нагретой без переноса частиц, составляющих тело.

Конвекция — перенос теплоты потоками движущихся жидкости или газа из одних областей занимаемого ими объема в другие. При нагревании чайника на плите теплопроводность обеспечивает поступление теплоты через дно чайника к нижним (пограничным) слоям воды, однако нагревание внутренних слоев воды как раз и есть результат конвекции, приводящей к перемешиванию нагретой и холодной воды.

Тепловое излучение — перенос теплоты посредством электромагнитных волн. При этом отсутствует механический контакт нагревателя и получателя теплоты. Например, при поднесении руки на небольшое расстояние к лампе накаливания Вы почувствуете ее тепловое излучение. Земля получает энергию от Солнца также за счет теплового излучения.

Поскольку внутренняя энергия U однозначно определяется термодинамическими параметрами системы, то она является функцией состояния. Соответственно, изменение внутренней энергии ΔU при изменении состояния системы (изменение температуры, объема, давления, переход из жидкого состояния в твердое и т. д.) может быть найдено по формуле

ΔU=U₂- U₁

где U₁ и U₂ — внутренняя энергия в первом и во втором состояниях. Изменение внутренней энергии ΔU  не зависит от промежуточных состояний системы в процессе такого перехода, а определяется только начальным и конечным значениями энергии.

1. Что называется внутренней энергией? От каких физических величин она зависит?

2. Как называется процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы?

3. Что такое теплопроводность?

4. Что такое конвекция?

5. Что такое тепловое излучение?

6. Сварится ли картошка быстрее, если вода будет кипеть более интенсивно?

7. Почему вода во фляге дольше остается холодной, если матерчатый футляр фляги  поддерживается влажным?

8. Температура в верхних слоях земной атмосферы достигает 700 °С. Тогда, как объяснить, что любое живое существо в этих условиях замерзнет и погибнет от холода?

9. Кусок дерева, лежащий на солнце, поглощает больше тепла, чем кусок блестящего металла тех же размеров. Объясните, почему же дерево на ощупь кажется менее теплым, чем металл.