Особенности изучения содержания темы «Основы термодинамики»

Обсуждают вопрос о мерах измерения внутренней энергии при том или ином процессе. Учащиеся делают вывод: мерой изменения внутренней энергии в процессе совершения работы является работа, а мерой изменения внутренней энергии в процессе теплопередачи – количество теплоты. Здесь же целесообразно повторить вопрос о знаках этих величин. Условились считать количество теплоты положительным (), если количество теплоты сообщается системе, и отрицательным (), если количество теплоты отдано системой.

Работу , совершаемую внешними силами над системой, считают положительной (), если газ сжимается: работа внешних сил отрицательна, если газ расширяется ().

Рассмотрев ряд примеров, делают вывод: изменение внутренней энергии системы равно сумме количества теплоты, переданного системе, и работе внешних сил над системой:

, где – изменение внутренней энергии, равное разности значений внутренней энергии в конечном и в начальном состояниях. Эту формулу можно записать иначе:

, ().

Количество теплоты, сообщённое системе, идёт на увеличение её внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.

Анализируя формулу первого закона термодинамики, целесообразно ещё раз подчеркнуть, что внутренняя энергия характеризует состояние системы независимо от способа изменения этого состояния, так как внутренняя энергия системы однозначно определяется параметрами: объёмом и температурой . Работа и количество теплоты характеризуют процесс изменения состояния. При одинаковом изменении состояния эти величины различны (в зависимости от способа перехода системы из одного состояния в другое), хотя сумма их будет одна и та же.

После изучения первого закона термодинамики целесообразно разобрать со школьникам ряд упражнений на применение его к конкретным процессам. Например, описать энергетически:

1) Теплообмен между телами в калориметре; 2) нагревание воды на спиртовке; 3) нагревание при ударе.

В первом случае система замкнутая и теплоизолированная (, , ). Внутренняя энергия системы не изменяется. Во втором случае система замкнутая (, ): изменение внутренней энергии равно количеству теплоты. В третьем случае система теплоизолированная (, ); изменение внутренней энергии равно совершённой работе.

Далее целесообразно рассмотреть примеры применения первого закона термодинамики к изопроцессам в идеальных газах. При изобарном нагревании (рис 1) количество теплоты, переданное системе, идёт на увеличение её внутренней энергии и на совершение системой работы расширения при постоянном давлении. Работа расширения положительна () и равна . Из рис.1 видно, что работа численно равна площади заштрихованного прямоугольника, Увеличение внутренней энергии при данном процессе равно:

Смотрите также::

Тренажер, включающий модель, прямо воспроизводящую известные процессы объекта
В тренажерах 1-го поколения (Т1П) модели строятся на основе известных статических и динамических характеристик объекта. В большинстве случаев источником этих характеристик являются опытные данные, полученные непосредственно на работающем объекте. Иногда для получения каких-то характеристик могут ис ...

Теоретические основы развития игры
Ребенок, играя, все время стремиться вперед, а не назад. В играх дети все как бы делают втроем: их подсознание, их разум, их фантазии «работают» синхронно, участвуют в осмыслении и отражении мира постоянно. Американский психолог Джордж Мид увидел в игре обобщенную модель формирования того, что псих ...

Взаимосвязь методических принципов
Внимательно анализируя сказанное о принципах физического воспитания, нетрудно заметить, что содержание их тесно соприкасается вплоть до частичного совпадения. Это и не удивительно. Ведь все они отражают отдельные стороны и закономерности одного и того же процесса, который по существу своему един и ...