Внутренняя энергия.
Ширинских Галина Алексеевна,
учитель физики муниципального
общеобразовательного
учреждения “ Средняя обще-
образовательная школа №17”
Цели:
1.Вывести выражение для расчета внутренней энергии одноатомного идеального газа; объяснить зависимость внутренней энергии реальных газов, жидкостей и твердых тел не только от температуры, но и от объема.
2.Содействовать формированию научного мировоззрения у учащихся.
3.Развивать у учащихся познавательный интерес, самостоятельность в учении. Воспитывать волевые черты характера у обучающихся.
Ход урока.
1.Оргмомент (сообщение темы и этапов урока).
2.Изучение нового теоретического материала.
Многие мыслители древности задумывались над природой теплоты. Ещё некоторые древнегреческие ученые и философы подметили связь между теплотой и движением, которую описал Лукреций Кар в своей поэме «О природе вещей». А Герон Александрийский создал первый прообраз теплового двигателя – соорудил игрушку, способную крутиться за счет нагревания.
В то же время возникла и атомарная идея строения вещества, основателем которой был Демокрит. А суть – отражена в поэме Лукреция Кара.
19-й век прошел в борьбе зарождавшейся молекулярной теории с господствующей в те времена теорией теплорода – невидимой, невесомой субстанции, способной переходить из одних тел в другие, количество которой в теле и определяет его температуру.
Одним из основных этапов выяснения природы теплоты стало открытие связи между теплотой и работой.
Первым шагом в этом направлении были работы Румфорла. Наблюдая за значительным нагреванием пушечных стволов при сверлении, он сделал вывод о том, что теплота и работа имеют общую меру.
А в середине прошлого века эта связь была установлена благодаря усилиям трех ученых: Майера, Джоуля и Гельмгольца.
Французского врача Майера на мысль об эквивалентности тепла и работы натолкнуло – кто бы мог подумать – различие в крови жителей Европы и тропических стран.
Английский пивной промышленник и талантливый исследователь природы Джоуль рассчитал эквивалент между теплотой и работой, проведя блестящий физический эксперимент.
Немецкий физик Гельмгольц математическими методами вывел связь теплоты и работы и впервые представил ее в качестве фундаментального закона природы –1-го закона термодинамики, или закона сохранения энергии.
Так трое разных ученых, пользуясь совершенно различными методами, пришли к выводу независимо друг от друга и практически одновременно.
С тех пор появилась возможность измерить количество теплоты не в калориях, а в джоулях, как и работу:
1 кал ~ 4.18 Дж.
Несколько ранее те же выводы просматривались в работах французского инженера С.Карно. Но эти работы прошли незамеченными для физической общественности того времени.
И имя Карно чаще связывают со вторым законом термодинамики, наряду с такими учеными, как Клаудиус, Томсон, Больцман.
А спор между сторонниками и противниками молекулярно-кинетической теории завершился лишь в начале 20-го века, когда Эйнштейн теоретически, а Перрен – экспериментально исследовали броуновское движение, не оставив никаких сомнений в верности принципов молекулярно-кинетической теории.
Вспомним из курса 8-го класса:
1)Что такое внутренняя энергия?
2)Какие способы изменения внутренней энергии Вам известны?
3)Какие виды теплопередачи Вы знаете?
Физкультминутка.
Самостоятельная работа.
Опорный конспект.
Изменение внутренней энергии.
Т [pic] [pic] [pic] [pic] рение, удар, сжатие А U Q
Внутренняя энергия входит в баланс энергетических превращений в природе.
Внутренняя энергия макроскопического тела равна сумме кинетических энергий беспорядочного движения всех молекул тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул друг с другом. Вычислить внутреннюю энергию тела, учитывая движение отдельных молекул практически невозможно из-за огромного числа молекул в макроскопических телах.
Для вычисления внутренней энергии идеального газа массой m нужно умножить
среднюю кинетическую энергию одного атома E=3/2 kT на число атомов N=mNа/M.
Учитывая, что kNa=R, получим значение внутренней энергии одноатомного газа:
[pic] [pic] [pic]
3 m
[pic] [pic] U = RT
2 M
[pic]
Внутренняя энергия идеального одноатомного газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре.
Если газ двухатомный, то коэффициент равен 5/2, а трехатомный – 7/2.
От объема внутренняя энергия идеального газа не зависит, потому что потенциальная энергия взаимодействия его молекул считается равной нулю.
Средняя потенциальная энергия взаимодействия молекул зависит от объема вещества, так как при изменении объема меняется среднее расстояние между молекулами. Следовательно, внутренняя энергия в термодинамике в общем случае зависит от температуры и от объема.
3.Подведение выводов.
В основе термодинамики лежит понятие внутренней энергии. Эта энергия зависит от макроскопических параметров: температуры и объема.
Внутренняя энергия идеального газа прямо пропорциональна абсолютной температуре.
4. Домашнее задание.
§ № 77.
