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::

Педагогические условия творческого саморазвития студентов
В последние годы учеными, разрабатывающими различные аспекты проблемы формирования творческого саморазвития студентов, были предложены разнообразные подходы к выявлению педагогических условий, способствующих совершенствованию этого процесса в условиях модернизации высшего профессионального образова ...

Роль и место курса истории математики при конструировании курса математики
Настоящее время характеризуется усилением внимания к гуманитарному потенциалу математического образования. Это связано с тенденцией мирового образовательного процесса по приобщению учащихся к духовной культуре, развитию их творческой деятельности, самостоятельному открытию новых знаний. Одним из ус ...

Системы образования некоторых стран
Нидерланды Вся система голландского образования базируется на главном принципе: свобода образования. Это включает в себя описанные ниже принципы организации школьного образования. Свобода образования, гарантируемая определенной статьей Конституции страны, основывается на свободе учреждения школ, ор ...