Термодинамика

    В современный период работы школы, когда необходимо удержать интерec учащихся к знаниям, добиться хороших результатов по предмету, одним из эффективныж методов обучения является лекционно-семинарский метод с применением тематических зачетов. Эта форма обучения требует большой подготовки учителя к занятиям, увеличивает активность учащихся на уроке, повышает их интерес к предмету, приучает слушать и записывать учебную лекцию.

    Форма занятий принимается учениками, на семинарах нет пассивных. Семинары, в основном, проводятся групповым  методом под руководством консультантов, здесь есть и существенный недостаток: много времени отнимает работа с консультантами во внеурочное время. Лекционно- семинарская форма обучения позволяет изучать тему на более высоком уровне, производить взаимоопрос учащихся, вовлекать всех в работу на уроке, учитывая их способности, дает навыки коллективной работы в группе.

    При прохождении темы: " Термодинамика " было прочитано 4 лекции, проведено 3 семинара, конференция, урок по решению  задач и тестовый зачет. План лекции записывался на пленке кодоскопа или доске. Последовательно раскрывался каждый пункт плана. Лекция сопровождалась необходимыми демонстрациями.

Темы  лекций:

1. Внутренняя энергия  и способы ее  изменения: работа  и количество теплоты.  
2. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам в газе.  
3. Необходимость тепловых процессов в природе. Второй закон термодинамики.  
4. Тепловые двигатели. Общие принципы работы. КПД двигателя.

Урок N 1. Лекция N 1.

 
ТЕМА:Внутренняя энергия  и способы ее изменения.  
ЦЕЛЬ: Дать термодинамическую трактовку понятия " Внутренняя энергия " и способы ее изменения.  
РАЗВИВАЮЩАЯ: Расширить понятие энергии тела или системы тел.

План  лекции

    1. Молекулярно-кинетическая трактовка  внутренней энергии.

    2. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа - функция температуры.

    3. Внутренняя энергия макроскопических  тел - функция температуры и  объема.

    4. Работа в термодинамике.

    5. Вывод формулы работы газа  при изобарном расширении.

    6. Знак работы и ее геометрическое истолкование.

    7. Количество теплоты - энергия,  переданная телу в результате  теплообмена.

Краткое содержание лекции

    Молекулярно-кинетическая теория объясняет свойства тел и  явления, происходящие в веществе, исходя из рассмотрения характера движения и взаимодействия молекул или атомов. МКТ достигла в этом значительных успехов. Однако в ряде случаев методы МКТ оказываются очень сложными для количественного описания явлений. Очень трудно на основе МКТ вывести количественную связь между параметрамиреального газа, жидкости и твердого тела, так как следует учитывать силы,действующие между частицами.

    Раздел  физики, в котором изучаются свойства тел без использования представлений  о характере движения и взаимодействия частиц, из которых они состоят, называетсятермодинамикой.

    Термодинамика опирается на некоторые общие  законы (" начала "), которые являются обобщением огромного числа опытных  фактов.

    Совокупность  физических тел, изолированную от взаимодействия с другими телами, называют изолированной термодинамической системой.

    Состояние термодинамической системы описывается  некоторым числом независимых физических параметров. Внутренняя энергия тела складывается из кинетической энергии  хаотичного теплового движения составляющих его частей (атомов или молекул) и  потенциальнойэнергии их взаимодействия. Кинетическая и потенциальная энергия тела, как целого , во внутреннюю энергию не входит.

    Превращения : а) шайба на льду Е_к -> U

    опыт : б) Нагревание воды в пробирке с  пробкой U -> Е_к  
Посчитать внутреннюю энергию как U = Е_к N + Е_p N , используя МКТ довольно трудно. Внутренняя энергия идеального газа (одноатомного) газа т.к. молекулы (гелий, неон, аргон) совершают только поступательное движение.

    Внутренняя энергия тела изолированной термодинамической системы может изменяться двумя способами: при совершении работы и при теплообмене (теплопередаче) количеством теплоты называется энергия, передаваемая путем теплообмена. Q = c m  T 
c - удельная теплоемкость вещества  
T - изменение температуры. 

    Изменить  внутреннюю энергию тела, можно приведя  его в соприкосновение с другим телом, имеющим более высокую  или более низкую температуру.

Изменение внутренней энергии  при изменении  объема газа.

    а) При накачивании воздуха в  велосипедную шину он нагревается. Молекулы газа получают энергию от поршня (аналогия: нога футболиста и мяч).

    б) При расширении газа, молекулы при  столкновении с удаляющимся поршнем  уменьшают свою скорость и энергию.

    в) Вычисление работы. Работа газа.

    расширение  газа :

    Сжатие  газа : A'< 0 - работа газа; A > 0 - работа внешних сил.

    При сжатии внешние силы передают энергию, при расширении газ совершает работу, его энергия уменьшается. Графическое (геометрическое) истолкование работы.

    Изобарный процесс

    При изменении объема газа часто меняется и его давление. Пусть давление газа уменьшается, выделим небольшие изменения объема  V и на концы каждого участка опустим перпендикуляры. Если  V достаточно малы, то получившиеся полоски можно считать прямоугольниками. Площадь каждого из них равна p V. Из таких малых прямоугольников складывается вся площадь под графиком зависимости давления от объема. Значит площадь под кривой и выражает в выбранном масштабе работу силы давления газа при его расширении от V₁ до V₂

    Количественную  меру изменения внутренней энергии  при теплообмене называют количеством  теплоты.

    При теплообмене не происходит превращения  энергии из одной формы в другую, часть внутренней энергии от горячего тела передается холодному  
Q = c m ( t₂^o-t₁^o ) = c m  t^o c  
Q = c m ( T₂-T₁ ) = c m  T  
c - удельная теплоемкость вещества.

    Удельная  теплоемкость вещества - это количество теплоты, которое получает или отдает 1 кг вещества при изменении его температуры на 1 К. Удельная теплоемкость зависит от рода вещества и от того, при каком процессе осуществляется теплопередача.  
С_v - удельная теплоемкость при постоянном объеме;  
С_p - удельная теплоемкость при постоянном давлении для идеального газа.

 
c_p > c_v

    Теплоемкость  моля вещества С =   c; c_p = c_v + R  
Так связаны молярные теплоемкости.

    Агрегатные  превращения вещества (8 класс) ученики  разбирают дома в порядке повторения.

    Дома : $ 23-25 упр.6 ( 1,2 )

Урок N 2. Лекция N 2.

 
ТЕМА: Первый Закон  термодинамики. Применение первого Закона термодинамики  к изопроцессам в  газе.  
ЦЕЛЬ: Установить связь между изменением внутренней энергии системы, работой и количеством теплоты, сообщенной системе. Рассмотреть случаи применения первого закона термодинамики.  
ВОСПИТАТЕЛЬНАЯ: Показать сохраняемость энергии на примере первого закона термодинамики.

План  лекции :

    1. Закон сохранения энергии.

    2. Количество теплоты и работа, как мера изменения внутренней энергии тела

    3. Формулировка и уравнение первого  закона темодинамики.

    4. Применение первого закона термодинамики  к изопроцессам в газе.

    5. Адиабатный процесс.

Краткое содержание лекции .

    Из  механики известно, что в замкнутой  системе механическая энергия сохраняется. Сумма кинетической и потенциальной энергии постоянна.

    Однако  в реальных условиях, при наличии  трения и неупругих соударений, механическая энергия не остается постоянной. Так, если навстречу друг другу движутся два тела равной массы с одинаковыми по модулю скоростями, то после неупругого соударения их кинетическая энергия превратиться в нуль. Но при этом возрастет их внутренняя энергия, ибо при неупругом соударении температура тел повышается.

    Проделаем опыт: Резким ударом по рукоятке воздушного огнива сожмем воздух в цилиндре. После прекращения действия внешней силы, сжатый воздух расширится и выбросит поршень из цилиндра. Этот опыт покаэывает, что возможны превращения различных видов энергии: сначала механическая энергия превращается во внутреннюю энергию сжатого газа, затем внутренняя энергия газа превращается в механическую энергию поступательного движения поршня.

    Анализ  результатов опытов и наблюдений природных явлений, выполненных  к середине XIX века, привел немецкого  ученого Р.Майера, английского ученого Д-Джоуля и немецкого ученого Г.Гельмгольца к выводу о существовании закона сохранения энергии: При любых взаимодействиях тел энергия не исчезает бесследно и не возникает из ничего. Энергия только передается от одного тела к другому или превращается из одной формы в другую. Внутренняя энергия U системы, изолированной от любых взаимодействий с внешней средой, не изменяется при любых взаимодействиях внутри системы.

    Следовательно для изолированной системы U = const или  U = 0

    В термодинамике рассматривают тела, положение центра тяжести которых, практически не изменяется и механическая энергия таких тел остается постоянной. При переходе системы из одного состояния в другое внутренняя энергия может изменяться, как за счет совершения работы, так и за счет передачи теплоты. Изменение внутренней энергии системы, при переходе ее из одного состояния в другое, равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданной системе:  U = A + Q

    Если  система изолирована и под  ней не совершается работа, и не обменивается теплотой с окружающей средой Q = 0 , то  U = U₂ - U₁ = 0 т.е. U₁ = U₂, U = пост.

    Внутренняя  энергия изолированной системы  неизменна.

    Часто вместо работы внешней силы над системой А рассматривают работу системы А' , A' = -A, получаем Q =  U + A'  
Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.

    Применим  первый закон термодинамики к  изопроцессам.

1. Изотермический процесс.

    При изотермическом расширении и сжатии температура газа не меняется.  
T = const,  U = 0; Q = A'  
Если Q > 0 система получает тепло ; A' > 0 газ совершает положительную работу.  
Q < 0 - система отдает тепло;  
A' < 0, A > 0. Работа внешних сил положительна.

2. Изохорный процесс.

    V- пост.  V = 0 , A' = P V = 0, A' = 0  
U = Q, Q > 0,  U > 0 - увеличивается  
Q < 0,  U < 0 - уменьшается  
Изменение внутренней энергии равно количеству теплоты.

3. Изобарный процесс.

    P - пост. При нагревании газа ( передача ему количества теплоты ) происходит увеличение внутренней энергии и совершение работы расширения  
Q =  U + A' =  U + P V  
При изобарном сжатии газа необходимо внешним силам совершить работу, чтобы давление осталось постоянным. Газ должен отдать окружающим телам некоторое количество теплоты  
Q > A ( при сжатии )  
U = A - Q  
Q = A - U,  U < 0

4. Адиабатный процесс

    Q = 0 Адиабатным называется процесс  изменения объема и давления  газа при отсутствии теплообмена  с окружающими телами. Быстро  текущие процессы могут быть  близки к адиабатным, если время  за которое происходит изменение  объема газа, значительно меньше времени, необходимого для установления теплового равновесия газа с окружающими телами.

    Примеры :

    а) сжатие воздуха в воздушном огниве (опыт);

    б) сжатие воздуха в дизеле;

    в) образование облаков.  
Q = 0,  U = -A'U - увеличение при сжатии  
U = AU - уменьшение при расширении  
Температура воздуха при адиабатном расширении понижается.  
Опыт: с вылетающей из бутылки пробки, содержащей насыщенный водяной пар, при накачивании в нее воздуха, в ней образуется туман.  
Поскольку, при адиабатном сжатии температура газа повышается, давление растет быстрее, чем при изотермическом процессе.

    Заполнить таблицу для нагревания и охлаждения газа. Заполнение на таблице можно  начать на уроке.

    Дома : $ 18, 19 упр. 6 ( 9,10 )

Урок N 3. Семинар N 1.

    ЦЕЛЬ: Закрепить знания учащихся, полученные на лекциях. Отработать понятия внутренней энергии, способы ее изменения и первый закон термодинамики.  
ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ: Продолжить формировать мировоззрение учащихся, подчеркнув всеобщность закона сохранения и превращения энергии. Семинар проводится групповым методом, где учащиеся в группах под руководством консультанта разбирают вопросы и решают несложные задачи. Консультант предлагает выставить оценки. Вопросы учащимся предлагаются дифференцированные.

I. Вопросы для обсуждения. 

1. Какая энергия  называется внутренней ? От чего зависит внутренняя энергия ?  
2. Зависит ли внутренняя энергия идеального газа от объема, занимаемого газом ?  
3. Зависит ли внутренняя энергия реального газа от занимаемого объема ?  
4. Найти внутреннюю энергию одноатомного идеального газа.  
5. Какими способами можно изменить внутреннюю энергию газа ?  
6. Подсчитать работу газа при изобарном расширении.  
7. Как изменяется внутренняя энергия газа при его сжатии, расширении ?  
8. Что такое количество теплоты ? Чему оно равно и в каких единицах измеряется ?  
9. От чего зависит удельная теплоемкость вещества ?  
10. Что называют удельной теплотой парообразования ?  
11. Как подсчитать количество теплоты при парообразовании и конденсации ?  
12. Что называют удельной теплотой плавления ?  
13. Как подсчитать количество теплоты, необходимое на плавление ?

II. Решение задач

N 533,534,535,544 ( издание  1986 г.)  
Решение следующих задач:

    Дома : упр. 4 (3,4), р N 546.

Урок N 4. Семинар N 2.

    ЦЕЛЬ: Закрепить знания на первый закон термодинамики и применение его к изопроцессам.  
ВОПРОСЫ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ:

    1. Закон сохранения и превращения  энергии.

    2. Первый закон термодинамики. Формулировка и уравнение. Физический смысл первого закона термодинамики.

    3. Применение первого закона термодинамики  для изопроцессов:

    а) Изотермический

    б) Изохорный

    в) Изобарный

    4. Адиабатный процесс и условия  его протекания.  
Решение задач упр. 6 (11,12) Р N 547 и 549 ( 1986 года издания)

    Дома: Р N 542, 546, 552.

Урок N 5.

ТЕМА: Решение задач  
ЦЕЛЬ: Закрепить знание I закона термодинамики для изопроцессов путем решения задач.  
I. Групповая работа с дидактическим материалом (Мартынов, Хозяинова, Просвещение 1976 год ) задание 911 Т (1 - 6)  
II. Обсуждение с классом задач. Работа идет совместно с учителем.

    1. С какой скоростью капля воды  должна налететь на такую же  неподвижную каплю, чтобы в  результате взаимодействия они  испарились ?

    Решение: mV_o = 2mV_x

    \

    V₀ =   
V₀ =

    2. Кастрюля - скороварка с водой  нагрета до температуры 110^o С. Какая доля воды превратится в пар, если крышку открыть сразу, без охлаждения кастрюли ?  
Решение: Q_наг = c m_в( t₂^o - t₁^o)  
Q_пар = r m_n  
c m_в( t₂^o - t₁^o) = r m_n  
вода остывает и эта энергия идет на парообразование 

    Дома : Упр. 6 ( 5, 8, 13 )

Урок N 6. Лекция N 3.

ТЕМА:Необратимость  тепловых процессов  в природе. Второй закон термодинамики.  
ЦЕЛЬ: Указать на направленность процессов в природе. Дать понятие о втором законе термодинамики.  
ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ: В мировоззренческом плане указать на невозможность тепловой смерти Вселенной.

План :

 
1. Обратимые и необратимые процессы.  
2. Необратимость тепловых процессов.  
3. Второй эакон термодинамики.

Содержание :

    1. Проблема 1. Все ли процессы могут  протекать в природе, хотя с точки зрения I закона термодинамики, возможны. Этот закон "запрещает" лишь получение большей работы, чем было затрачено энергии.

    2. Рассмотрим следующие процессы :

    а) Передача тепла от горячего тела холодному.

    б) Сжатый газ, находящийся под поршнем, расширяется до тех пор, пока его давление не станет равным внешнему давлению. Газ займет весь предоставленный объем. Сжать газ можно только действуя внешней силой. При этом в окружающих телах произойдут изменения: тело, которое сжимает газ, совершает работу, а следовательно и теряет некоторую энергию. Примеры необратимых процессов.

    в) Превращение механической энергии  во внутреннюю.

    г) Затухание колебаний маятника.

    д) Процесс диффузии.

    Механические  процессы, протекающие без трения обратимы ( в консервативных системах). Реальные процессы в природе, протекающие с трением, необратимы. Процесс превращения механической энергии во внутреннюю необратим. Процессы, обратные которым самопроизвольно не происходят, называются необратимыми. Необратимыми называют такие процессы, которые могут самопроизвольно протекать только в одном определенном направлении, в обратном направлении они могут протекать только как одно из звеньев более сложного процесса.

    При наличии сильного состава класса можно кратко рассказать, используя диафильм " Необратимость тепловых процессов ", на ничтожно малую вероятность тепловых процессов.

    Второй  закон термодинамики указывает  направление воэможныж энергетических превращений и тем самым выражает необратимость процессов в природе.

    Закон был установлен на основании обобщения опытных фактов. Несколько формулировок.

    Р.Клаузиус ( 1822 - 1888 г.)

    Невозможно  перевести теплоту от более холодной системы к более горячей при  отсутствии других одновременных изменений  в обеих или окружающих телах. Разумеется, совершая работу за счет внешнего источника энергии, можно отбирать энергию у холодного тела к горячему. Это, например, происходит в холодильниках, где такой процесс совершается за счет работы двигателя, потребляющего электрическую энергию.

    Второй  закон термодинамики носит вероятностный характер. В отличии от закона сохранения энергии, который может быть применен к отдельным атомам и молекулам, второй закон термодинамики применим лишь к системам,состоящим из очень большого числа частиц. Для таких систем необратимость процессов объясняется тем, что обратный переход должен был бы привести систему в состояние с ничтожно малой вероятностью, практически неотличимой от невозможности.

    Второй  закон термодинамики позволяет  понять, почему некоторые источники  энергии, находящиеся вокруг нас бесполезны. Заманчивым кажется использование почти безграничного запаса внутренней энергии, содержащейся в атмосфере и водах океанов. Нетрудно оценить, каким запасом внутренней энергии обладает окружающая Землю атмосфера, масса которой, примерно 10 ¹⁸ кг.

    Еще большим запасом внутренней энергии  обладают моря и океаны. Масса воды в Мировом океане 10²¹ кг. Охлаждение только на один градус привело бы к выделению энергии порядка 10²⁴ Дж. Это в 10 000 раз больше всей энергии, вырабатывающейся на Земном шаре за год.

    Однако  эту внутреннюю энергию не причисляют к энергетическим запасам.

    Ведь  для получения работы за счет этой энергии необходимо иметь столь  же огромный холодильник, который принимал бы часть этого огромного количества теплоты и при этом не нагревался сам до температуры океана.

    Но  работа двигателя без холодильника запрещена вторым законом термодинамики.

    Тепловые  процессы необратимы, из утверждения  Клаузиуса следует, что со временем энергия Вселенной преобразуется  в энергию теплового движения, а последняя путем теплообмена перераспределится между телами и во всех участках мира установится одинаковая температура. Вселенная придет в состояние равновесия, при которых исчезнут причины, вызывающие те или иные процессы. Энергия системы потеряет способность превращаться в другие виды. Не смогут преобразовать теплоту в работу и тепловые машины, для их действия нужно иметь различно нагретые тела. Наступит "тепловая смерть" Вселенной.

    Ошибка  в постановке вопроса о "тепловой смерти" Вселенной заключается в следующем: второе начало термодинамики установлено для термодинамической системы конечных размеров. Вселенную же нельзя рассматривать как такую систему. К ней нельзя применять понятия "изолированная система", "равновесное состояние". Обобщение, сделанное Клаузисом о тепловой смерти Вселенной, выходит ва границы применимости термодинамики и поэтому незаконно.

    Дома : $ 28.

Урок N 7. Лекция N 4.

ТЕМА: Тепловые двигатели. КПД теплового  двигателя.  
ЦЕЛЬ: Раскрыть физические принципы действия тепловых двигателей. Ввести понятие КПД двигателя.

План  изложения (развернутый)

    1. Использование внутренней энергии  топлива. Определение теплового  двигателя.

    2. Основные принципы работы теплового  двигателям

    а) тепловой двигатель совершает работу в результате перехода энергии от горячего тела к холодному. Газ расширяется, движет поршень, движение поршня передается валу двигателя. Для сжатия газа поршень должен переместиться под действием внешней силы в противоположном направлении. Это движение совершается за счет кинетической энергии маховика. Если работа при сжатии газа под действием внешней силы по абсолютному значению равна работе, совершаемой при расширении гаэа, то общая работа за весь цикл будет равна нулю. Отсюда следует, что если мы хотим получить полезную работу, то работа сжатия должна быть меньше работы расширения.

    б) Нагреватель. Его роль.

    Полезная  работа численно равна площади фигур между кривыми.

    в) Роль холодильника. Газ перед сжатием  должен охладиться.

о

    3. КПД двигателя.   A' = |Q₁|-|Q₂|

    КПД двигателя всегда меньше 100 %.

    4. Максимальный КПД идеальной тепловой  машины.  
Идеальный газ - рабочее тело. Цикл Карно.  
  
В классах с сильным составом можно разобрать цикл Карно (1824 г.) подробно

    5. Пути повышения КПД:

    1) повышение температуры нагревателя;

    2) понижение температуры холодильника ;

    3) уменьшение потерь энергии в частях двигателя.

    В заключении лекции класс совместно  с учителем решает задачу.  
1. Задача : Паровая машина мощностью N = 14,7 кВт потребляет за 1 час работы m = 8,1 кг угля с удельной теплотой сгорания q = 3,3 ^. 10⁷Дж /кг Температура котла 200 ^oC, холодильника 58^oС. Найдите КПД этой машины и сравните с КПД идеальной тепловой машины.  
Дано: m = 8,1 кг; N = 1,47 ^. 10³Дж/кг; T₁= 473 K; T₂ = 331 K  
t = 1 час = 3600 сек.; q = 3,3 ^. 10⁷ Дж/кг.  
Вопрос:  -?  _max-? 
Решение:  
Q = mq - получено при сгорании;   A = Nt - произведенная работа 

    2. Задача : Дано:

    Поскольку холодильная машина должна работать по обратному циклу, то для перехода тепла от менее нагретого тела к более нагретому, необходимо, чтобы внешние силы совершили положительную работу : 
от холодильника отбирается количество теплоты Q₂, внешними силами совершается работа и нагревателю передается Q₁.

    Дома: $ 29, подготовиться к конференции; Р N 583, 592. ( информация о конференции  давалась в начале темы.)

Урок N 8 .

ТЕМА: Принцип действия реальных тепловых двигателей. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды (конференция).  
ЦЕЛЬ: Рассмотреть конкретные тепловые двигатели, их роль в современной жизни, об охране окружающей среды при эксплуатации двигателей.

I. Заслушивание сообщений  учащихся.

1. Принципы действия  и устройство реальных тепловых  двигателей.

    а) карбюраторный внутреннего сгорания;

    б) дизель;

    в) паровая и газовая турбины;

    г) реактивные двигатели.

 
2. Применение тепловых двигателей  в хозяйственной деятельности.  
3. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды.  
4. Современные проблемы теплотехники.

    Во  время заслушивания сообщений учащиеся заполняют таблицу и задают вопросы  докладчикам. Учитель обобщает и  корректирует ответы учащихся.

Дополнения  учителя :

    1. Необходимо снизить норму нефти,  как топлива. К 2000 г. - снизить  до 540 - 580 млн.т условного топлива.  Годовое потребление за 10 лет на 1 Квт.ч произведенной энергии снижен с 360 г до 327 г снижение на 1 г сберегает 1,5 млн.т условного топлива за год. Самая экономичная Костромская ГРЭС, где работает крупнейший турбогенератор 1,2 млн. кВт. На блоках 800 МВт - 329 г; 200 МВт - 360 г на 1 кВт.ч.  
Увеличение КПД способствуют металлические теплоносители:  
пары калия Т - 1100 - 1200 К.  
Используют два котла в бинорной ТЭС.

    2.Перевод  на природный газ двигателей. Оксидов углерода и дыма в  12-15 раз меньше, в 2 раза дешевле  бензина. Газы метанного типа сжимаются до 20 МПа и хранятся в толстостенных балонах, при давлении около 1,6 МПа переходят в жидкое состояние. Из балона газ через вентиль поступает в теплообменник, чтобы при адиабатном расширении влага не замерзла и не закупировала магистральные трубы. Происходит подогрев за счет отработанных газов (испаритель). Далее газ поступает в редуктор, где давление понижается почти до атмосферного и далее в карбюратор - сместитель.

    Дома: $ 30, р N 590, 501, 593

Урок N 9. Семинар N 3.

ТЕМА: Обобщение знаний по необратимости тепловых процессов и второго закона термодинамики (групповой метод).

I. Обсудить вопросы: 

1. Можно ли  на основе первого начала термодинамики  определить направленность термодинамических  процессов ?  
2. Приведите примеры обратимых и необратимых процессов. Поясните их.  
3. Сформулируйте второй закон термодинамики.  
4. Как сформулировать второй закон термодинамики применительно к тепловому двигателю (формулировка У. Кельвина) ?  
5. Что такое тепловой двигатель ?  
6. Какова роль нагревателя, холодильника и рабочего тела теплового двигателя.  
7. Каким образом должен совершиться циклический процесс, чтобы машина совершала полезную работу ?  
8. КПД теплового двигателя и пути его повышения.

II. Решить задачи :

( групповой метод  под руководством консультанта) и 912 Т (1-6) Мартынов, Хозяинова. 

Задача : Газ  расширяется от объема V₁, до объемаV₂ один раз изотермически, второй изобарически. Третий адиабатически. При каком процессе газ совершает большую работу и газу передается большее количество теплоты ?

     
на диаграмме pV работа равна площади  криволинейной трапеции  
Изобарный A_p - max; A₂ > A₁ > A₃  
A_Ag - min  
Температура газа в состоянии 2' больше, чем 2, а температура в состоянии 2 больше 2"; Т'₂ > T₂ >T"₂  
В этом легко убедиться, начертив изотермы через точки 2' и 2".  
При процессе 1 - 2'  U > 0, при 1 - 2  U = 0  
Поскольку Q =  U + A , то Q₂ > Q₁ > Q₃, а Q₃ = 0 (первое начало термодинамики)

    Дома : подготовиться к зачету.

Урок N 10.

ТЕМА: Зачет по теме " Термодинамика ".  
ЦЕЛЬ: Проверить знания по теме.  
Тестовый зачет по книге Кабардин О.Ф. и др. " Задания для итогового контроля ".  
" Основы термодинамики " стр. 114 - 122.  
Возможна замена любой другой формой зачета.

    Литература :  
1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика 10. 
2. Шахмаев Н.М. Физика 10. 
3. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике - 1986 г.  
4. Физика 10 под редакцией Пипского ( для школ и классов с углубл.изуч.)  
5. Кабардин О.Ф. и др. Факультативный курс физики 9 1986 г.  
6. Свитков Л.П. Термодинамика и молекулярная физика 1970 г.  
7. Кабардин О.Ф. и др. Задания для итогового контроля уч-ся по физике.  
8. Мартынов И.М.  
9. Хозяикова Э.Н. Дидактический материал по физике 9 кл. 1978 г. 
10. Билимович Б.Ф. Тепловые явления в технике 1981 г.