Учительська світлиця

УРОК № 78 / ІІІ.3-1. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ТЕРМОДИНАМІКИ. СТАТИСТИЧНИЙ І ТЕРМОДИНАМІЧНИЙ ПІДХОДИ ДО ПОЯСНЕННЯ ТЕПЛОВИХ ЯВИЩ. ТЕРМОДИНАМІЧНА РІВНОВАГА. ТЕМПЕРАТУРА

Мета: 1) узагальнити знання учнів про теплові процеси, що відбуваються в природі; розглянути загальні та відмінні фактори при поясненні теплових явищ з погляду статистичного та термодинамічного підходів; сформувати уявлення про стан термодинамічної рівноваги та способи вимірювання температури;

2) розширити уявлення учнів про способи пізнання природи та визначення фізичних характеристик (температури), розширити коло знань учнів про межі температур у всесвіті та залежність властивостей речовини від температури; розвивати вміння систематизувати відомі фізичні факти, спостережливість, уміння встановлювати причинні зв'язки; формувати в учнів самостійну, творчу активність, ініціативу як стійкі якості особистості;

3) продовжити формування наукового світогляду учнів шляхом пояснення способів отримання нових знань про властивості навколишнього світу, розглянувши термодинамічний та статистичні підходи до вивчення теплових явищ.

Очікувані результати: учні оперують поняттями і термінами термодинаміки — теплова рівновага, термодинамічна рівновага, пояснюють причини температури речовини через її внутрішню будову; розуміють та обґрунтовують наявність мінімальної та максимальної температур у всесвіті.

Устаткування: інтерактивний плакат до уроку, відеофрагменти, флеш-анімації.

Тип уроку: урок вивчення та засвоєння нових знань.

ХІД УРОКУ

I. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ МОМЕНТ 5 хв

II. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ (ЦОР) 2 хв

Інформування учнів про застосування питань, які вивчають у термодинаміці, в практичній діяльності

Для аналізу великого кола явищ і процесів, розв’язання багатьох практичних завдань більш продуктивним є застосування методів термодинаміки.

· Термодинаміка вивчає загальні властивості тіл і різні процеси в них, що супроводжуються перетворенням енергії, без використання якої-небудь певної моделі будови речовини і без висловлювання припущень щодо законів взаємодії частинок, з яких складається тіло.

Термодинаміка — один із розділів фізики, що складається з найбільш загальних фізичних теорій. Її метод дослідження і закони використовують у різноманітних галузях науки: в теоретичній фізиці та фізиці твердого тіла, у фізичній хімії, металургії і металознавстві, у теорії теплових машин і в біології.

Значення термодинаміки полягає в тому, що вона встановлює принципи найбільш ефективного перетворення різних видів енергії і дає відповідь на першорядне, з практичного погляду, питання про те, як організувати робочий процес, щоб ККД був найбільшим. Термодинаміка уможливлює прогнозування і оцінювання ефективності різних нових способів одержання корисної роботи, що має визначальне значення для вибору напрямків розвитку енергетики.

III. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Вивчення нового матеріалу здійснюється за планом.

1. Основні термодинамічні поняття.

2. Що таке теплова рівновага?

3. Температура і вимірювання температури.

4. Статистичний та термодинамічний підходи до вивчення теплових явищ.

Учитель знайомить учнів із поняттями термодинаміки: термодинамічна система, гаряче джерело (тепловіддавач, нагрівач), холодне джерело (теплоприймач, холодильник), робоче тіло, стан системи, параметри стану системи, рівноважний та нерівноважний, оборотний та необоротний термодинамічний процеси, шлях процесу, термодинамічний цикл.

Розглядає основні параметри стану термодинамічної системи: температура, тиск і об’єм.

Далі учитель нагадує про стани речовини та теплові явища, що супроводжують переходи між станами.

Теплова рівновага

Грудка льоду, принесена в кімнату взимку, і повітря в кімнаті мають різну температуру.

через деякий час у результаті теплообміну між льодом і повітрям температура льоду підвищиться, а повітря знизиться, лід розтане, вода, що утворилася з нього, нагріється, температура води та повітря в кімнаті буде однаковою.

Кажуть, що між водою і повітрям встановилася теплова, або термодинамічна (p, V, T), рівновага.

Теплоізольована термодинамічна система з плином часу завжди приходить у стан теплової рівноваги, з якої сама вийти не може. При цьому температура, тиск і об’єм залишаться незмінними, як завгодно довго за відсутності зовнішніх впливів.

Температура

Термодинаміка розглядає температуру як середньостатистичну величину, яка може характеризувати систему, що складається з величезної кількості молекул, котрі перебувають у хаотичному (тепловому) русі. Тому до одиничних атомів і молекул поняття температури застосовувати не можна.

Термодинамічним параметром стану тіл чи системи є абсолютна температура, відлік якої розпочинається від абсолютного нуля за шкалою Кельвіна.

· Температура, згідно з кінетичною теорією газів, характеризує середню кінетичну енергію поступального руху елементарних частинок речовини (молекул).

Між середньою кінетичною енергією молекул газу і температурою є прямий зв’язок, а саме:

де m — маса молекули; v² — середня квадратична швидкість поступального руху молекул; k = 1,38 ∙ 10^-23 Дж/К — стала Больцмана; T — абсолютна температура.

Для практичних вимірювань температури користуються міжнародною шкалою Цельсія. Співвідношення між шкалами таке:

T = t + 273,15 К.

Кельвін (К) чисельно дорівнює градусу шкали Цельсія (°С), оскільки

ΔT, К = Δt, °С.

Основна властивість температури полягає в такому: якщо привести в контакт два тіла — холодне і гаряче, то холодне тіло почне нагріватися, а гаряче — охолоджуватись. Температура кожного з тіл буде змінюватися з плином часу доти, поки температури тіл не стануть однаковими. Ми говоримо, що тіла прийдуть у стан теплової рівноваги.

Отже, температура характеризує стан теплової рівноваги: всі тіла, що перебувають у тепловій рівновазі, мають однакову температуру.

Далі учитель розказує про вимірювання температури та про статистичний та термодинамічний підходи до вивчення теплових явищ.

Запитання до учнів під час викладення нового матеріалу

1. Що розуміють під тепловою рівновагою тіл?

2. Який стан називають станом теплової рівноваги?

3. Чим температура як параметр стану теплової рівноваги відрізняється від інших параметрів?

4. Як пов’язана середня кінетична енергія руху молекул з термодинамічною температурою?

IV. ЗАКРІПЛЕННЯ ЗНАНЬ УЧНІВ

Відповіді на запитання

1. Нормальна температура людського тіла близько 37 °С. Чому ж нам не холодно за температури повітря 25 °С і дуже жарко за 37 °C?

2. Визначте температуру газу, якщо середня кінетична енергія теплового руху його молекул 8,1 ∙ 10^-21 Дж.

Перевірка знань учнів (ЦОР 79-002 ТЕСТИ Температура)

V. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

1. Вивчити відповідний параграф підручника, конспект уроку, відповісти на запитання після параграфа, виконати завдання за задачником.

2. Відповісти на запитання.

1). Чому не завжди можна довіряти визначенням температури на дотик?

2). Для вимірювання температури медичним термометром необхідно не менше 3-5 хв. Чому?

3). Які властивості тіл використовують в термометрі?

4). Чи існує в природі як завгодно низька і як завгодно висока температура тіл? Чому?

3. Розв’язати задачі.

1). На якій підставі можна припускати існування зв’язку між температурою і кінетичною енергією молекул?

2). За якої температури середня кінетична енергія поступального руху молекул газу дорівнює 6,21 ∙ 10^-21 Дж?

3). На скільки відсотків збільшується середня кінетична енергія молекул газу під час збільшення його температури від 7 до 35 °С?

4). Визначте температуру газу, коли тиск — 100 кПа і концентрація молекул — 10²⁵ м^-3.