Особенности изучения содержания темы «Основы термодинамики»

При переходе газа из состояния 1 в состояние 2 давление уменьшается, температура и внутренняя энергия газа увеличиваются. Объём газа также увеличивается (), следовательно, газ совершает работу расширения, являющуюся положительной. Количество теплоты также положительно (), следовательно, газ получает некоторое количество теплоты.

Усвоение первого закона термодинамики способствует и решение вычислительных задач.

Рассмотрение применения первого начала термодинамики к изопроцессам создает основу для понимания старшеклассниками принципов работы тепловых двигателей.

С тепловыми двигателями учащихся знакомят впервые в базовой школе, когда рассматривают общий принцип работы тепловых двигателей (совершение полезной работы за счёт внутренней энергии рабочего тела), изучают двигатель внутреннего сгорания и паровую турбину, а также вводят понятии о КПД тепловых двигателей. Основное внимание уделяют конструкции и принципам работы названных выше двигателей. В курсе физики старших классов рассматривают энергетические процессы, происходящие при работе тепловых двигателей.

При изучении принципов работы тепловых двигателей, прежде всего, вводят понятие необратимости, формируют представление о втором законе термодинамики. Понятие необратимости раскрывают с помощью примеров: рассматривают абсолютно упругий удар, как пример обратимого явления, уточнив, что такой удар является идеализацией. Затем обращаются к таким явлениям, как пластическая деформация, диффузия и другие и вводят понятие необратимости процесса как такого, обратный которому самопроизвольно протекать не может. Далее подводят учащихся к формулировке второго закона термодинамики, говорят о том, что осуществить обратный процесс можно только в том случае, ели он будет являться частью другого процесса, связанного с затратами энергии. Так, можно восстановить форму тела при пластической деформации, но для этого необходимы внешние силы и затраты энергии.

Изучение принципов работы тепловых двигателей можно построить по следующему плану:

- обсуждение вопроса о том, что механическая работа может быть совершена за счёт внутренней энергии; устройство, в котором это происходит, называют тепловым двигателем;

- обсуждение вопроса о том, что для непрерывной работы двигатель необходимо возвращать в первоначальное состояние, т.е. он должен быть циклическим;

- обсуждение вопроса о том, что для получения положительной работы в первоначальное состояние двигатель должен возвращаться при более низкой температуре, следовательно, он должен иметь нагреватель, рабочее тело и холодильник.

Далее учащимся говорят, что рабочее тело (им может быть пар, газ или специальная смесь) получается некоторое количество теплоты от нагревателя и расширяется. При расширении рабочее тело совершает работу. При сжатии рабочее тело отдаёт количество теплоты холодильнику. Температуры холодильника и нагревателя поддерживают постоянными, при этом температура нагревателя всегда выше температуры холодильника ().

После этого целесообразно рассмотреть принцип работы идеальной тепловой машины Карно, рабочим телом в которой является идеальный газ. При расширении газа во время его контакта с нагревателем температуру поддерживают постоянной, во время сжатия и контакта с холодильником температура также постоянна, следовательно, расширение и сжатие происходит изотермически (на рис.6 соответственно изотермы 1-2 и 3-4). Но если температура расширения больше температуры сжатия, то необходимо произвести процессы, при которых температура меняется от до , а затем опять от до . В принципе это осуществимо при изобарном, изохорном или адиабатном процессах. Наиболее целесообразным является условием максимальной работы (на рис.6 графики 2-3 и 4-1 – адиабаты). Полезная работа численно равная площади заштрихованной фигуры.

Смотрите также::

Понятие и структурные особенности образовательной системы РФ
«Образование» – одно из наиболее общих педагогических понятий. Не существует единой трактовки понятия «образование». В каждом случае определение отражает какую-то одну или несколько граней этого понятия, среди которых ученые (Б.С. Гершунский, В.А. Сластенин, В.А. Ситаров, А.В. Хуторской и др.) выде ...

Методы развития творческих способностей у детей
Есть великая формула «дедушки» космонавтики К.Э. Циолковского, приоткрывающая завесу над тайной рождения творческого ума: «Сначала я открывал истины, известные многим, затем стал открывать истины, известные некоторым, и, наконец, стал открывать истины, никому еще не известные». Видимо, это и есть п ...

Научный аспект формирования самостоятельной деятельности учащихся
Большое внимание вопросам развития самостоятельной деятельности уделял французский просветитель Ж.-Ж. Руссо. Он считал, что все является идеальным только в естественном состоянии. Поэтому воспитание должно быть естественным и свободным. Необходимо создавать условия, в которых бы развивались самосто ...