термодинамика в каком классе изучается
Основы термодинамики (10 класс)
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Описание презентации по отдельным слайдам:
Описание слайда:
Основы
термодинамики
Урок физики в 10 классе
Описание слайда:
Цели урока:
Сформировать основные понятия термодинамики
Сформулировать первый закон термодинамики
Рассмотреть принцип действия тепловых двигателей и их КПД
Выявить отрицательное воздействие тепловых двигателей на окружающую среду и наметить пути решения этой проблемы
Описание слайда:
Содержание
Внутренняя энергия
Работа в термодинамике
Количество теплоты
Первый закон термодинамики
Принцип действия тепловых двигателей. КПД
_________
Термодинамика – теория тепловых процессов, в которой не учитывается молекулярное строение тел.
Описание слайда:
Определение:
Внутренняя энергия тела – это сумма кинетической энергии хаотического теплового движения частиц (атомов и молекул) тела и потенциальной энергии их взаимодействия
Обозначение:
U
Единицы измерения:
[Дж]
Описание слайда:
Внутренняя энергия
идеального одноатомного газа
число молекул
кинетическая энергия одной молекулы
(NAk = R)
Описание слайда:
Внутренняя энергия
идеального одноатомного газа
Описание слайда:
Внутренняя энергия
идеального двухатомного газа
Описание слайда:
Так как
— уравнение Клапейрона – Менделеева,
то внутренняя энергия:
— для одноатомного газа
— для двухатомного газа.
Описание слайда:
В общем виде:
где i – число степеней свободы молекул газа (i = 3 для одноатомного газа и i = 5 для двухатомного газа)
Описание слайда:
Изменение внутренней энергии тела ΔU
Совершение работы А
над самим
телом телом
ΔU ΔU
Теплообмен Q
Описание слайда:
Работа в термодинамике
Работа газа:
Работа внешних сил:
Описание слайда:
Работа газа при изопроцессах
При изохорном процессе (V=const):
ΔV = 0 работа газом не совершается:
Описание слайда:
При изобарном процессе (Р=const):
Описание слайда:
При изотермическом процессе (Т=const):
P
V
Изотермическое расширение
Р2
1
2
V1
V2
Описание слайда:
Геометрическое истолкование работы:
Работа, совершаемая газом в процессе его расширения (или сжатия) при любом термодинамическом процессе, численно равна площади под кривой, изображающей изменение состояния газа на диаграмме (р,V).
P
V
V1
V2
P
P
V
Р2
1
2
V1
V2
Описание слайда:
Количество теплоты – часть внутренней энергии, которую тело получает или теряет при теплопередаче
Описание слайда:
Первый закон термодинамики
Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе
Количество теплоты, переданное системе, идёт на изменение её внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами
Описание слайда:
Применение первого закона термодинамики к различным процессам
Описание слайда:
Тепловые двигатели –
устройства, превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую.
Виды тепловых двигателей
Описание слайда:
Принцип действия тепловых двигателей
Т1 – температура нагревателя
Т2 – температура холодильника
Q1 – количество теплоты, полученное от нагревателя
Q2 – количество теплоты, отданное холодильнику
Описание слайда:
Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя –
отношение работы А’, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:
Описание слайда:
где
работа, совершаемая
двигателем
тогда
КПД всегда меньше единицы, так как у всех двигателей некоторое количество теплоты
передаётся холодильнику
При
двигатель не может работать
Описание слайда:
Максимальное значение КПД
тепловых двигателей (цикл Карно):
Описание слайда:
Отрицательные последствия использования тепловых двигателей:
Потепление климата
Загрязнение атмосферы
Уменьшение кислорода в атмосфере
Вместо горючего использовать сжиженный газ.
Бензин заменить водородом.
Электромобили.
Дизели.
На тепловых электростанциях использовать скрубберы, в которых сера связывается с известью.
Сжигание угля в кипящем слое.
КПД тепловых двигателей
Описание слайда:
Литература
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.,Сотский Н.Н. Физика 10 класс. – М.: Просвещение, 2007. – 365 с.
Касьянов В.А. Физика 10 класс. – М.: Дрофа, 2006. – 410 с.
Волков В.А. Поурочные разработки по физике. 10 класс. – М: Вако, 2006. – 400 с.
Касаткина И.Л., Ларцева Н.А., Шкиль Т.В. Репетитор по физике. В 2-х томах. Том 1. – Ростов-на-Дону: Феникс, 1995. – 863 с.
www: fiz.1september.ru
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Курс профессиональной переподготовки
Библиотечно-библиографические и информационные знания в педагогическом процессе
Курс повышения квалификации
Охрана труда
Курс профессиональной переподготовки
Охрана труда
Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
также Вы можете выбрать тип материала:
Общая информация
Международная дистанционная олимпиада Осень 2021
Похожие материалы
Одинокие атомы
Задачи на движение. Движение протяженных тел
Электростатика 10 класс
Явление фотоэффекта
Мирный атом, или энергия будущего
Лабораторная работа «Определение положения центра тяжести плоской фигуры»
Производство, передача и использование электроэнергии
Динамика
Не нашли то что искали?
Воспользуйтесь поиском по нашей базе из
5249076 материалов.
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Школьных охранников предлагают обучать основам психологии
Время чтения: 2 минуты
Гинцбург анонсировал регистрацию детской вакцины от COVID-19
Время чтения: 1 минута
Минцифры предложило разработать «созидательные» компьютерные игры
Время чтения: 2 минуты
Минпросвещения планирует прекратить прием в колледжи по 43 профессиям
Время чтения: 1 минута
Новый ГОСТ на окна с защитой для детей вступает в силу 1 ноября
Время чтения: 1 минута
В школе в Пермском крае произошла стрельба
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Сравнительный анализ раздела «Термодинамика и молекулярная физика» за курс 7-9 класса.
Посмотреть публикацию
Скачать свидетельство о публикации(справка о публикации находится на 2 листе в файле со свидетельством)
Для изучения поставленной задачи мной были выбраны три учебных программы за курс основной школы. Во-первых, выбор пал на уче6ную программу А.В.Перышкина, поскольку она является сомой распространённой на территории Российской федерации. Так же меня заинтересовал учебник составленный Н.С.Пурышевой и Н.Е.Важеевской, который на мой взгляд является наиболее приближенным по структуре к учебнику А.В.Перышкина, но имеет свои особенности. Наконец, нельзя обойти стороной учебник Л.С.Хижняковой и А.А.Синявкиной поскольку он кардинально отличается от двух предыдущих учебных пособий.
В этих учебниках первые понятия в разделе термодинамика и молекулярная физика даются уже в 7 классе. В дальнейшем происходит постепенное углубление знаний, по данному разделу физики, на протяжении всего времени обучения в школе. Основное количество материала представлено преимущественно в восьмом и десятом классах. Причем в восьмом классе предпочтение отдается термодинамике, а в десятом классе молекулярной физике.
Для лучшего понимания учебной программы рассмотрим структуру каждого учебника по отдельности.
Начнем с учебника А.В.Перышкина. В данном учебном пособии, как мы уже выяснили, изучение раздела начинается в седьмом классе. В самом начале освещаются первоначальные сведения о строении вещества. Дается понятие вещества, его молекулярное строение, объясняется броуновское движение. Подробно рассматриваются три агрегатные состояния вещества, различия в их молекулярном строении и особенности процесса диффузии. Вводится плотность как физическая величина, характеризующая вещество и имеющая формульное выражение. Выполняется одна лабораторная работа на нахождения плотности правильного и аморфного тел. На этом изучение раздела в седьмом классе заканчивается.
В восьмом классе значительно углубляются знания по разделу и отдается предпочтение в изучении термодинамики. В данном учебники отводится третья часть всего объема на данный раздел, что позволяет подробно рассмотреть тему. Раздел состоит из девятнадцать параграфов, объединённых одной темой «Тепловые явления». Первоначально вводится понятии температуры и теплового движения, в чем помогают уже полученные ранее знания о молекулярном строении вещества. Дальше переходят к понятию внутренней энергии и способы ее изменения. Вводится теплопередача и ее виды: теплопроводность, конвекция, излучения. Большое внимания уделяется расчету количества теплоты необходимого для совершения разных процессов, как происходящих с изменением агрегатного состояния вещества (плавление, отвердевания, испарения, конденсация), так и протекающие без агрегатного изменения (нагревание). Изучается процесс горения и рассматриваются простейшие тепловые машины. Вводится понятие коэффициента полезного действия (КПД), влажности воздуха и даются способы их определения.
В курсе 8 класса в данном разделе выполняются три лабораторные работы:
Сравнение количества теплоты при смешивании воды разной температуры.
Измерение удельной теплоемкости твердого тела.
Измерение влажности воздуха.
Структура лабораторных работ одинакова.
После изучения раздела пишется контрольная работа для проверки усвоения материала.
В девятом классе раздел термодинамика и молекулярная физика не рассматривается.
Л.С.Хижнякова и А.А.Синявкина предлагают нам начать изучения раздела термодинамика и молекулярная физика в седьмом классе с введения плотности вещества. На этом заканчивается изучение данного раздела в седьмом классе.
В восьмом классе авторы предлагают нам половину всего времени обучения отвести на рассмотрение раздела. В учебнике информация по разделу представляется в двадцати пяти параграфах разделенных на пять глав.
Первая глава советует начать освоение раздела с газовых законов. Она состоит из пяти параграфов. Каждый параграф заканчивается вопросами, следом идут задания и упражнения. Первым вводится понятие термодинамической равновесной системы как объекта пространства самопроизвольно приходящего к равновесию через достаточно большой промежуток времени. Для этого необходимо ввести некоторый параметр равновесия. Этим параметром выступает температура. В данном учебнике температура – это физическая величина, которая характеризует состояние теплового равновесия системы тел: все тела системы, находящиеся в тепловом равновесии друг с другом, имеют одну температуру. Ставится необходимость прибора для измерения данной величины. Этим прибором выступает термометр, рассматривается его строение. Упоминается несколько шкал для измерения температуры. Подробно рассматривается шкала Андерса Цельсия. Изучается метод ее градуировки в котором используется дистиллированная вода. За ноль принимается температура таящего льда или замерзающей воды, а за сто градусов температура кипения воды. Далее шкала делится на сто равных промежутков. Значение каждого из них принимается за один градус.
В следующих трех параграфах переходят к изучения газовых законов:
Изотермический процесс. Закон Бойля-Мариотта
Изобарный процесс. Закон Гей-Люссака.
Изохорный процесс. Закон Шарля.
В изотермическом процессе рассматривается опыт, проведенный Робертом Бойлем и Эдмом Мариоттой, независимо друг от друга. Ими была установлена зависимость давления от объема при постоянной температуре. Возникает необходимость ввести дополнительный параметр, который бы учитывал погрешности разброса значений, так как для реальных газов закон Бойля-Мариотта справедлив только для малых давлений. Газ, строго подчиняющийся закону Бойля-Мариотта, называется идеальным газом. Аналогично, используя понятие идеального газа, рассматриваются изобарные и изохорные процессы.
Во второй главе дается понятие внутренней энергии и рассматривается первый закон термодинамики. Повествуется о количестве теплоты как мере внутренней энергии и способах теплопередачи. Обучающиеся узнают о способах расчета количества теплоты при изменении температуры вещества без агрегатного превращения и в результате сгорания. Для этого вводится два дополнительных параметра характеризующие количество энергии в зависимости от использованного вещества. Это удельная теплоемкость и удельная теплота сгорания.
Третья глава логически вытекает из второй. В ней рассматриваются тепловые машины, их виды, использование и проблема экологии.
В четвертой главе предлагается рассмотреть молекулярно-кинетическую теорию (МКТ). Здесь рассматривается броуновское движение молекул, подробно характеризуется идеальный газ. Определяется зависимость средней кинетической энергии молекул от давления и температуры.
Далее, в последней главе речь идет о агрегатных состояниях вещества. Рассматриваются жидкости, газы, твердые тела и изучается их молекулярное строение и свойства. Говорится о аморфных телах и жидких кристаллах, как веществах, обладающих двойственной природой и характеризующиеся одновременно двумя агрегатными состояниями. Изучается изменения внутренней энергии при агрегатных превращениях, влажность воздуха. Вводится понятие удельной теплоты плавления и отвердевания, испарения и конденсации.
Выполняется три лабораторные работы:
Измерение удельной теплоемкости вещества.
Исследование изотермического процесса.
Измерение относительной влажности воздуха.
Пишется контрольная работа для проверки усвоения полученного материала.
В девятом классе данный раздел не изучается.
Последним изученным пособием стал учебник Н.С.Пурышевой и Н.Е.Важеевской.
В седьмом классе частично даются некоторые отдельные понятия из молекулярной физики и термодинамики. Такие как температура и плотность вещества.
Выполняется одна лабораторная работа на определение плотности вещества.
Как и в двух предыдущих учебниках большая часть информации по разделу представлена в восьмом классе. На это отводится чуть меньше половины учебного времени. По структуре подачи материала данный учебник схож с учебником А.В.Перышкина, за исключением некоторых отдельных элементов. Материалы по разделю находятся в тридцати шести параграфах разделенных на пять глав.
В начале даются сведения о первоначальном строении вещества, смачивании и капиллярном явлении. Рассматривается строение газов, жидкостей и твердых тел.
Вторая глава преимущественно формирует знания о механических процессах свойствах газов, жидкостей и твердых тел. Но в ней углубляются знания о молекулярном строении веществ, что в дальнейшем необходимо для понимания процесса протекания термодинамических процессах в разного рода веществах.
Далее, в третьей главе, изучаются тепловые явления. Тепловое движение, температура, внутренняя энергия и способы ее изменения, теплопроводность, конвекция, излучение, количество теплоты, удельная теплоемкость вещества, удельная теплота сгорания топлива – именно такой порядок выбран авторами при изучении тепловых явления в курсе восьмого класса.
Четвертая глава посвящена изменению агрегатного состояния вещества. В ней рассматриваются процессы плавления и отвердевания, испарения и конденсации. Вводятся удельная теплота плавления (кристаллизации) и испарения (конденсации). Дается понятие влажности воздуха.
Последняя глава изучению связи между параметрами идеального газа, применению газов в технике. Объясняется принцип работы тепловых двигателей. Затрагивается вопрос охраны окружающей среды.
В конце каждой главы дается ее краткое содержание. Тезисно формулируются основные положения.
Выполняется две лабораторные работы:
Сравнение количества теплоты при смешивании воды разной температуры
Измерение удельной теплоемкости вещества.
Пишется контрольная работа для проверки изученного материала.
В девятом классе раздел термодинамика и молекулярная физика не изучается.
Как было сказано ранее основные понятия по разделу даются в восьмом классе, что является логичным, поскольку в это же время начинает изучаться смежный предмет – химия. Так как без некоторых знаний в области химии обучающимся будет тяжело даваться изучение раздела. В курсе химии восьмого класса даются ключевые понятия о строении вещества на молекулярном и атомном уровне.
В целом, наиболее подробное изучения материала по термодинамике и молекулярной физике представлено в учебнике Л.С.Хижнякова и А.А.Синявкина. Довольно рано по сравнению с другими учебными программами даются и углубляются знания по разделу. Выделяется значительный промежуток времени на его изучения. Но с этим возрастает и сложность представленного материала, возникает необходимость в достаточно тяжелых, для учеников восьмого класса, математических расчетов, необходимых для решения физических задач. В связи с тем, что по большинству учебных программ по математике лишь в восьмом классе начинается работа с многочленами, и для ее оттачивания необходимо некоторое время. При выполнении же физических задач процедуры работы с многочленами, разного вида упрощения и преобразования необходимы для качественного решении физических задач. Данная проблема легко решаема в профильных математических классах. В итоге учебник Л.С.Хижняковой и А.А.Синявкиной может быть реализован в среднем общеобразовательном учреждении, с учетом некоторых особенностей в сложности представляемого материала.
Н.С.Пурышева и Н.Е.Важеевская[4] предлагают более простую подачу материала. Их программа не углубляется в изучение некоторых аспектов молекулярной физики, оставляя их для изучения в старших классах. Это сокращает время, затраченное на изучение, раздела в курсе основной школы. Расчеты, необходимые для решения задач проще и доступней обучающимся. Подача материала последовательная. Учебник подходит для изучения термодинамики и молекулярной физики в курсе школы седьмого – девятого класса, с подробными описаниями и интересной подачей материала. Что необходимо для данной возрастной группы учащихся.
Самым доступным для понимания является учебник А.В.Перышкина, чем и обусловлено его повсеместное распространение. Информация, даваемая автором доступна для понимания широкого круга школьников. Математические расчеты просты и понятны учащимся. Изучаемые темы вытекают одна из другой, что дает понятие о взаимосвязи всех протекающих процессов. Для решения задач потребуется владение базовыми знаниями работы с многочленами. Данный учебник – это хороший пример понятного, интересно изложенного материала что необходимо обучающимся.
Каждый из этих учебников однозначно является отличным примером грамотного изложения материала по термодинамике и молекулярной физики за курс основной школы. Имеет как хорошие, так и спорные моменты.
Раздел термодинамика и молекулярная физика имеет большое значение при изучении физики в основной школе, поскольку дает основные знания о строении вещества, природе прохождения тепловых процессов и явлений окружающего мира.
Первый закон термодинамики. Как рассказать просто о сложном?
Термодинамика — раздел физики, в котором изучаются процессы изменения и превращения внутренней энергии тел, а также способы использования внутренней энергии тел в двигателях.
1. Определение первого закона термодинамики
Термодинамика — раздел физики, в котором изучаются процессы изменения и превращения внутренней энергии тел, а также способы использования внутренней энергии тел в двигателях. Собственно, именно с анализа принципов первых тепловых машин, паровых двигателей и их эффективности и зародилась термодинамика. Можно сказать, что этот раздел физики начинается с небольшой, но очень важно работы молодого французского физика Николя Сади Карно.
Самым важным законом, лежащим в основе термодинамики является первый закон или первое начало термодинамики. Чтобы понять суть этого закона, для начала, вспомним что называется внутренней энергией. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ тела — это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых оно состоит. Нам хорошо известно, что внутреннюю энергию тела можно изменить, изменив температуру тела. А изменять температуру тела можно двумя способами:
Нам, также известно, что работа, совершаемая газом, обозначается Аг, а количество переданной или полученной внутренней энергии при теплообмене называется количеством теплоты и обозначается Q. Внутреннюю энергию газа или любого тела принято обозначать буквой U, а её изменение, как и изменение любой физической величины, обозначается с дополнительным знаком Δ, то есть ΔU.
Сформулируем ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ для газа. Но, прежде всего, отметим, что когда газ получает некоторое количество теплоты от какого-либо тела, то его внутренняя энергия увеличивается, а когда газ совершает некоторую работу, то его внутренняя энергия уменьшается. Именно поэтому первый закон термодинамики имеет вид:
Так как работа газа и работа внешних сил над газом равны по модулю и противоположны по знаку, то первый закон термодинамики можно записать в виде:
Понять суть этого закона довольно просто, ведь изменить внутреннюю энергию газа можно двумя способами: либо заставить его совершить работу или совершить над ним работу, либо передать ему некоторое количество теплоты или отвести от него некоторое количество теплоты.
2. Первый закон термодинамики в процессах
Применительно к изопроцессам первый закон термодинамики может быть записан несколько иначе, учитывая особенности этих процессов. Рассмотрим три основных изопроцесса и покажем, как будет выглядеть формула первого закона термодинамики в каждом из них.
3. Применение
Первое начало термодинамики (первый закон) имеет огромное значение в этой науке. Вообще понятие внутренней энергии вывело теоретическую физику 19 века на принципиально новый уровень. Появились такие понятия как термодинамическая система, термодинамическое равновесие, энтропия, энтальпия. Кроме того, появилась возможность количественного определения внутренней энергии и её изменения, что в итоге привело учёных к пониманию самой природы теплоты, как формы энергии.
Ну, а если говорить о применении первого закона термодинамики в каких-либо задачах, то для этого необходимо знать два важных факта. Во-первых, внутренняя энергия идеального одноатомного газа равна: 
а во-вторых, работа газа численно равна площади фигуры под графиком данного процесса, изображённого в координатах p—V. Учитывая это, можно вычислять изменение внутренней энергии, полученное или отданное газом количество теплоты и работу, совершённую газом или над газом в любом процессе. Можно также определять коэффициент полезного действия двигателя, зная какие процессы в нём происходят.