Від партнерів


Зареєструйтесь, щоб мати можливість переглядати усі сторінки та файли, публікувати власні матеріали


Основи термодинаміки уроки 1-2

0

Тема

«Основи термодинаміки» посідає важливе місце в курсі фізики, тому що виникнення цієї області знань було зумовлено потребами практики - широким застосуванням теплових (парових) машин.
На прикладі термодинаміки знайомимося зі способами побудови фізичних теорій, а також із прийомами міркувань, що використовуються в цих теоріях для одержання нових знань. Термодинаміка досліджує властивості тіл, які обумовлені тепловим рухом мікрочастинок (атомів і молекул). Це своєрідний науковий інструмент, що по-своєму дозволяє осмислити і систематизувати вже відомі знання, а, головне, пророкувати нові знання.
Термодинаміка зародилась як наука про рушійні сили, що виникають при теплових процесах, як теорія теплових машин, що розглядає процеси взаємного перетворення теплоти і роботи. В даний час термодинаміка вивчає закономірності перетворення енергії н явищах усякої природи - теплових, електричних, магнітних, хімічних, світлових і ін.
Незважаючи на різноманіття досліджуваних термодинамікою явищ, її первісний зміст - вивчення взаємоперетворень теплових і механічних явищ. Основні закони взаємоперетворення теплоти і роботи є основними законами термодинаміки. Термодинаміка у нсіх своїх висновках спирається на два принципи (два найбільш широкі узагальнення даних досвіду): еквівалентність теплоти і робот,' мимовільний пе-рехід теплоти тільки від нагрітих тіл до холодного. Попи вивчає властивості тіл, не спираючись на які-небудь уявлення при їхню структуру, виводить основні співвідношення між властивостями тіл; не розглядає механізм явища, а досліджує явища, що спостерігаються на досліді; оперує величинами, що можуть бути або безпосередньо виміряні (обсяг, тиск, ...), або обчисленні за допомогою інших вимірюваних на досліді величин. Висновки термодинаміки тому виявляються незалежними від наших уявлень про мікрофізичну структуру матерії і, будучи на-слідками з основних її положень, мають безумовну цінність; надійність цих висновків рівноцінна надійності вихідних принципів.

Урок 1,2

Термодинаміка - теоретична база сучасної теплотехніки. Внутрішня енергія, способи її зміни. Робота у термодинаміці
Мета уроку: формувати уявлення про науку - термодинаміку; розвивати допитливість і інтерес до теми «Основи термодинаміки» через елементи історизму, уміння працювати колективно; дати молекулярно-кінетичне трактування поняття внутрішньої енергії, роботи, початкові уявлення про закон збереження енергії в теплових процесах.
Тип уроку: урок вивчання нового матеріалу.
Демонстрації: способи зміни внутрішньої енергії.

Хід уроку

I. Організаційний момент.
II. Мотивація
На дошці: «Якщо ... техніка в значній мірі залежить від стану науки, то в набагато більшій мірі наука залежить від стану і потреб техніки. Якщо ^ суспільства з'являється технічна потреба, то воно просуває науку вперед більше, ніж десяток університетів».
Учитель: Які ви знаєте великі наукові відкриття XIX століття - століття великої технічної революції?
- клітинна теорія будови організмів (.Шванн);
- теорія розвитку і походження видів (Дарвін);
- закон збереження і перетворення енергії.
Останнє відкриття - відкриття механічного еквівалента тепла і доказ закону перетворення і збереження енергії - тісно пов’язане з ім’ям Юліуса Роберта Майєра
(Клас складає план-конспект розповіді)
Слово першій групі: Драма життя Майєра - яскравий приклад боротьби нового зі старим. Та жагуча боротьба, у який нове, прогресивне здобуває перемогу над старим, реакційним. Нерідко герої в цій боротьбі гинуть і лише потім одержують заслужене визнання нащадків. В історії науки можна знайти чимало таких прикладів. Життя Галілея і Роберта Майора - найбільш яскраве з них. Неда рма Дюрінг, доцент Берлінського університету, що написав біографію Майєра, назвав його «Гшіілеєм XIX сторіччя».
Великий натураліст и . лікар Роберт Майєр, засновник термодинаміки, народився в Німеччині и жив у невеликому містечку Гейльброне. Його батько, скромний власник аптеки «ДО троянди», навряд чи міг припускати, що ім’я його молодшого сина Юліуса ввійде в історію фізичної науки.
Однак за бажанням батька Юліус вступив у Тюбинген- ський університет на медичний факультет. Товариші любили його за. «феєрверк думок», за добрий характер. Але «єретичний дух» у ньому вже починав складатися. Як члена забороненої студентської корпорації «Вестфалія», Майора заарештували. Обурений несправедливістю покарання, Роберт оголосив голодування. Тільки на п’ятий день, коли університетський лікар сказав, що арештованому загрожує сердечний розлад, його звільнили, але незабаром виключили з університету. Вивчення медицини Майер продовжував у Мюнхені, потім у Відні, і тільки в 1838 році, коли Прийшов дозвіл по-вернутися в Тюбинген, він закінчив університет зі званням доктора медицини.
Однак професія провінційного лікаря його не приваблювала. Його заповітна мрія — поїхати в далеку подорож. Улаштувавшись лікарем на торгове судно, Майєр '(де на острів Яву. У дорозі він веде щоденник.
Сто перший день у морі! Корабель пропливає повз Португалію, Канарські острови, береги Південної Америки. Під час подорожі Майєр спостерігав морські водорості, різні породи риб і птахів, колір моря і неба. Один раз штурман сказав йому, що під час сильної бурі вода нагрівається.
Чому? Давайте і ми зробимо бурю в пляшці.
Асистент з групи:
До половині пляшки наливаємо воду кімнатної температури. Закупоривши пробкою, струшуємо воду протягом декількох хвилин. Термометр показує, що вода нагрілася на 1-2 градуси.
Слово першій групі (продовження): Підсумок. Отже Майєр заніс зауваження штурмана у свій щоденник и згодом
перевірив його. З цього запису і зародилась у Майєра думка про зв’язок між теплотою і рухом. .
Іншій факт підтвердив цю думку. Виконуючи обв’язки лікаря» Майєр робив переливання крові захворілим матросам. У порту біля берегів Яви він помітив, що кров матросів значно світліше венозної крові жителів помірних поясів. Майєр навіть подумав, що він розкрив артерію замість вени. Але місцеві лікарі пояснили, що такий кольор крові - звичайне явище для жителів цих місць.
Чому? (іОбговорюємо проблему).
Підсумок. Очевидно, процеси окислювання відбуваються в жаркому кліматі повільніше, тому що організму не потрібно великої кількості теплоти.
У летах Майєр писав: «Деякі думки, що пронизали мене подібно блискавці, - це було на рейді в Сурабаї, - негайно силоміць опанували мною і навели на нові предмети» чи .«Нарешті... під час подорожі я був винятково зайнятий вивченням фізіології і прийняв нове навчання на тій підставі, що жваво відчув потребу в ньому» .
Після повернення на батьківщину в 1841 році Майєр написав статті «Кількісне і якісне визначення сил».
Користуючись сучасною нам термінологією, коротко можна сказати: Роберт Майєр установив кількісне співвідношення між теплотою і роботою і перший обчислив значення механічного еквіваленті тепла, досліджував перетворення усіх відомих у його час форм енергії і сформулював закон збереження і перетворення енергії
Але слово «енергія» ще в той час не застосувалося, Засновники цього закону Р.Майєр, Д.Джоуль і ГХельмгольц у своїх роботах писали про перетворення «сили» і про «.збереження сили», припускаючи під словом «сила» енергію!
Закон збереження енергії був сформульований так: «При всіх хімічних і фізичних процесах дана ста залишається постійною величиною». Термін «дана сила» означає даний запас енергії.
Майєр писав: «Вивчивши силу в її різних формах, досліджувати умови її перетворення — така єдина задача фізики... У дійсності існує тільки одна єдина сила. У вічній зміні циркулює вона й у мертвій і в живій природі. І там, і тут немає процесу без зміни форми сили!»
Але думки Мейєра, виражені и надруковані в газетах, були незрозумілі, а тому розмови про їх прийняли характер цькування автора. Домашні так само не розуміли його* У цей же час між Р.Майєром і. Д.Джоулем виникла прикра суперечка про першість (пріоритет) закону збереження енергії. Треба віддати справедливість Майору, він виявив при цьому більше коректності і витримки. Усе це підриває здоров’я Майора и він відходить від наукових досліджень, займається лікарською практикою.
Але час не тільки зломив опір Майора. Він приніс, нарешті, визнання його заслуг. У Швейцарії Майора обирають почесним членом суспільства натуралістів. В Англії визнають за Майєром пріоритет і славу творця закону збереження енергії, за що Лондонське королівське суспільство присуджує Майору медаль. У Франції він обирається членом Паризької Академії Наук. Пізно! Тільки в 1842 році Майєр зміг відновити свою наукову діяльність, але нічим більш не збагатив науку.
Учитель: Отже, виразіть основну думку прослуханого; сформулюйте закон Майора.
А. Ейнштейн вважав, що «Фізика, як наука в чистому виді не буває. Вона обов’язково має застосування». Гарне це застосування, чи погане - залежить від людини. І якщо ви хочете знайти в історії фізики яскравий приклад взаємного впливу розвитку науки і техніки, то прочитайте роботу французького інженера Сади Карно «Міркування про рушійну силу вогню і про машини, здатні розвивати цю силу», про його життя і біографію, що дужі короткі. Отже:
- біографія Карно;
- теорія теплорода;
- міркування про рушійну силу вогню і про машини, здатні розвивати цю силу
Слово другої групіш: Стимулом для розвитку термодинаміки як науки з’явилися потреби машинної промисловості. Винахід парової машини поставив перед наукою задачу - теоретично досліджувати роботу парових машин для підвищення ККД останніх.
Основу термодинаміки складають два закони початку.
Перший закон {закон збереження і перетворення енергії) заперечує можливість створення вічного двигуна (Perpetuum mobile першого роду).
Другий закон говорить про спрямованість перетворень енергії.
Значення цих законів для розвитку техніки колосальне. Вони застерігають інженерів і техніків від нереальних фантастичних вимислів з одного боку, і вказують на шлях удосконалення машин з іншого.
Теплові двигуни з’явились на початку XVII сторіччя в період бурхливого розвитку текстильної промисловості. Парова водопідйомна установка була побудована Ньюменом і Коулі в 1712 році, у Росії паровий двигун був запропонований Ползуновим у 1765 році, а 1784 англієць Уатт одержав патент на універсальний паровий двигун, упровадження якого мало величезний вплив на розвиток промисловості.
«Якщо коли-небудь, - писав С.Карно, - поліпшення теплового двигуна машини піде настільки далеко, що зробить дешевою установку і її використання, то вона з’єднає в собі всі бажані якості і буде грати в промисловості таку роль, усю величину якої важко передбачити».
Слово третій групі (експериментаторам).
- Стискаємо газ у тепло ізольованій судині (газ нагрівається).
- За допомогою теплопередачі, тобто без здійснення роботи (при контакті тіл різної температури їхні температури вирівнюються).
Чому? - У процесі обговорення проблеми дійдемо висновку, що змінюється внутрішню енергія тіла.
III. Первинне засвоєння нового матеріалу (пояснення вчителя з
елементами бесіди):
- внутрішня енергія;
- два способи зміни внутрішньої енергії;
- внутрішня енергія ідеального газу;
- зміна внутрішньої енергії тіла при теплопередачі (нагрівання -
охолодження, плавлення - кристалізація, паротворення -
конденсація, згорання речовини);
- зміна внутрішньої енергії тіла при здійсненні роботи;
- робота у термодинаміці (обчислення, геометричне трактування).
IV. Осмислення нових знань.
- Приведіть приклади перетворення механічної енергії у внутрі
шню і назад;
- Від яких фізичних величин залежить внутрішня енергія тіла?
- Приведіть приклади зміни внутрішньої енергії шляхом здійс
нення чи роботи теплопередачі.
- Що відбувається з кінетичною енергією вагона, що рухається,
при зупинці?

Моль якого газу чи водню гелію має велику внутрішню енергію при їхній однаковій температурі?
V. Підсумок уроку. Заключне слово вчителя.
- виникнення термодинаміки;
- закон збереження і перетворення енергії;
- внутрішня енергія, способи її зміни.
VI. Домашнє завдання: параграфи 28, 29, ЗО, 32- опрацювати за планом «Учисяучитися. Вправа№9 (2), 11 (2), 12 (/)»
Додатково: підготувати повідомлення для прес-конференції «Автомобіль -- не розкіш, а засіб пересування».
Перспективне: скласти структурний план за темою «Основи тер-модинаміки»

Автор: 

Дегтярьова Ірина Борисівна

Отримати сертифікат

Користувацький вхід