Автономное учреждение

профессионального образования

Ханты – Мансийского автономного округа – Югры

«Сургутский политехнический колледж»

Исполнитель: преподаватель Хамитова Гульназ Ильдаровна

Тема урока: Внутренняя энергия. Работа в термодинамике.

Задача урока: ввести понятие внутренней энергии как суммы кинетической энергии движения

молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.

Цели урока:



образовательная: продолжить

формирование

знаний

о

строении

вещества,

внутренней

энергии тела, способах ее изменения- теплопередачи и механической работы.



развивающая: формировать у учащихся логическое мышление; развивать познавательный

интерес к предмету; развивать умение оперировать ранее полученными знаниями; развивать

умение планировать свою деятельность.



воспитательная: воспитывать

умение

самостоятельно

мыслить,

ответственности

за

выполняемую работу, аккуратности при выполнении работы.

План учебного занятия

1.

Организационный момент

2.

Постановка учебной проблемы

3.

Объяснение нового материала

4.

Закрепление нового материала

5.

Подведение итогов и рефлексия

6.

Домашнее задание

Ход урока:

1.

Организационный момент



проверка посещаемости



готовность класса к уроку



запись темы

2.

Постановка учебной проблемы

Выяснить, как наиболее эффективно может быть использована внутренняя энергия тел.

На стол с определенной высоты падает пластилиновый шарик. Ответьте на вопросы:



Какую энергию имел шарик на начало движения? Происходит ли переход энергии во время

падения? Какой именно?



Какую энергию имел шарик непосредственно перед ударом? Куда делась эта энергия?

Предлагает вспомнить закон сохранения механической энергии.



Что произошло с шаром и пластиной при ударе?



Куда девалась механическая энергия?

Вывод: в результате удара шара о пластину изменилось состояние пластины – она деформировалась

и нагрелась.

3.

Объяснение нового материала

Внутренняя

энергия

–

это сумма

кинетической

энергии

хаотического

движения

молекул

и

потенциальной энергии взаимодействия молекул друг с другом.

Так как внутренняя энергия тела состоит не только из кинетической энергии молекул, но и из

потенциальной энергии их взаимодействия, оценить значение этой энергии для твердого тела и

жидкости трудно.

Мы будем рассматривать внутреннюю энергию идеального газа. Каждая молекула идеального

газа

в

среднем

обладает

кинетической

энергией.

Так

как

молекулы

идеального

газа

не

взаимодействуют

между

собой,

то E

P

= 0 . Внутренняя

энергия

идеального

газа

–

это

сумма

кинетической энергии хаотического движения молекул.

Внутренняя энергия обозначается буквой U латинского алфавита и измеряется так же, как и

механическая энергия в джоулях.

Формула

для

нахождения

внутренней

энергии

для

одноатомного

идеального

газа:

Имеется два способа изменения внутренней энергии:

А) Путем выполнения механической работы (над телом или самим телом)

Опыт 1. Возьмите монетку и потрите её о рукав одежды. Что произошло с монеткой? Она

нагрелась, значит, увеличилась её температура, а, следовательно, и внутренняя энергия.

Когда человеку холодно, он начинает непроизвольно дрожать. Как вы думаете, почему? При

дрожи

происходят

мышечные

сокращения.

За

счет

работы

мышц

внутренняя

энергия

тела

увеличивается, становится теплее.

Опыт 2. В толстостенный стеклянный сосуд, закрытый пробкой, накачиваем воздух насосом

через специальное отверстие в ней. Через некоторое время пробка вылетит из сосуда. В момент,

когда пробка вылетает из сосуда, необходимо обратить внимание учащихся на образование тумана в

стеклянном сосуде, что свидетельствует о понижении температуры находящихся в нем воздуха и

водяного пара. Учащиеся делают вывод: внутренняя энергия тела уменьшилась.

Вывод: Внутренняя энергия тела изменяется при совершении работы. Если тело само совершает

работу, его внутренняя энергия уменьшается, а если над ним совершают работу, то его внутренняя

энергия увеличивается.

Обозначения работы в термодинамике: А’ – работа самой системы над внешними силами; А –

работа внешних тел над самой системой.

Формула для нахождения работы в термодинамике:

Знак "-" в формуле означает, что при уменьшении объема работа внешних сил положительная. И

наоборот, когда газ расширяется, работа внешней силы, удерживающей поршень, отрицательная.

Б) Теплообмен или теплопередача

Примеры: Утюг остывает, а окружающие предметы нагреваются; горячее тело, опущенное в

холодную жидкость, остывает, его внутренняя энергия уменьшается, а жидкость нагревается, и ее

внутренняя энергия увеличивается

Теплопередача – это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом

или самим телом.

Теплообмен - передача энергии от одного тела к другому без совершения работы.

Опыт 1. Возьмите монетку и нагреваем о свечу. Что произошло с монеткой? Она нагрелась,

значит увеличилась её температура, а, следовательно, и внутренняя энергия.

Опыт 2. Ставим кастрюлю с водой на огонь, по мере того как нагревается кастрюля, нагревается

и вода. При этом кастрюля отдает своё тепло воде. Ставим кастрюлю с водой на огонь, по мере того

как нагревается кастрюля, нагревается и вода. При этом кастрюля отдает своё тепло воде.

Виды теплопередачи:



Теплопроводность - способность материальных тел к переносу энергии от более

нагретых частей тела к менее нагретым телам.

Теплопроводность свойственна веществам во всех трех агрегатных состояниях: твердом, жидком

и газообразном. При этом самой высокой теплопроводностью обладают твердые тела (металлы), а

самой

низкой

–

газы.

Теплопроводность

связана

с

внутренней

структурой

тел

и

зависит

от

расположения молекул, их движения и взаимодействия между собой. Важно отметить, что при

теплопроводности не происходит переноса вещества, а происходит передача энергии от частицы к

частице или от одного тела к другому при их непосредственном контакте.

Демонстрация опыта

Рассмотрим опыт, который наглядно демонстрирует теплопроводность металлов. На штативе

горизонтально

закреплен

алюминиевый

стержень.

На

стержне

через

одинаковые

промежутки

вертикально закреплены с помощью воска деревянные зубочистки. К краю стержня подносят свечу.

Поскольку

край

стержня

нагревается,

а

алюминий,

как

и

любые

другие

металлы,

обладает

достаточно

хорошей

теплопроводностью,

то

постепенно

стержень

прогревается.

Когда

тепло

доходит до места крепления зубочистки со стержнем, стеарин плавится – и зубочистка падает.



Конвекция

- это

явление

переноса

энергии

струями,

большими

группами

частиц

жидкостей или газов.

Опыт:

с нагреванием льда в пробирке с водой. Наберем в пробирку воду, поместим на дно

кусочек льда и начнем нагревать зажженной свечой у верхнего края..

В ходе проведения опыта мы

заметим, что верхняя часть пробирки очень нагреется и вода в этой части может даже закипеть, но

лед при этом останется в своем кристаллическом состоянии и не растает. Почему? Это объясняется

недостаточной теплопроводностью воды для передачи тепла в нижнюю часть пробирки.

Если же теперь провести аналогичный опыт, но только расположить пламя свечи у нижнего края

пробирки,

то

мы

увидим,

как

весь

лед

быстро

растает

и

вся

вода

со

временем

равномерно

прогреется и даже, возможно, закипит.

При нагревании верхней части пробирки мы не заметим нагревания ее нижней части. Значит ли

это, что вода не обладает теплопроводностью? Нет, тепло передается от верхней части воды вниз.

Проведенные опыты говорят о том, что в данном случае перенос энергии осуществляется не

путем

теплопроводности,

а

на

основании

некого

другого

явления,

которое

и

имеет

название

«конвекция». В переводе с латинского слово «конвекция» означает «перенесение, перенос».



Излучение

- это процесс испускания и распространения энергии в виде электромагнитных

волн

Излучение играет огромную роль в нашей жизни, так как все топливо, которым пользуется

человечество,

запасено

в

результате

действия

солнечной

энергии.

Она

попадает

на

Землю

с

помощью излучения.

Топливо – вещество или несколько веществ, из которых с помощью определенной реакции может

быть получена тепловая энергия. Между Солнцем и Землей нет вещества (т.е. вакуум), поэтому

энергия

передается

с

помощью

электромагнитных

волн,

которые

являются

одним

из

видов

излучения.

Если дома зажечь настольную лампу и сесть рядом, то через некоторое время можно ощутить

тепло, которое исходит от лампочки. Откуда берется это тепло, если воздух, являясь газом, имеет

низкую

теплопроводность?

Это

тепло

связано

со

световым

излучением

и

другими

видами

излучения, которые человек довольно хорошо воспринимает.

В результате одного из этих процессов телу передаётся некое количество теплоты, на значение

которого, собственно, и меняется внутренняя энергия. Охарактеризуем эту величину.

Та энергия, которую тело отдает или получает в результате теплообмена, называют количеством

теплоты. Обозначается Q, измеряется в джоулях, как и работа.

4.

Закрепление нового материала

1. Что является причиной изменения внутренней энергии тел в приведенных ниже явлениях:



Нагревание воды кипятильником;



Охлаждение продуктов, положенных в холодильник;



Возгорание спички при чирканье ею о коробок;



Если быстро изгибать проволоку в одном и том же месте то в одну, то в другую сторону,

то это место сильно нагревается;



При забивании гвоздя его шляпка нагревается



Молоток нагревается, когда он лежит на солнце в жаркий летний день.

2. Спичка загорается при трении её о коробок. Она вспыхивает и при внесении её в пламя свечи. В

чём сходство и различие причин, приведших к воспламенению спички в том и другом случае?

3. Почему врач, поставив медицинский термометр больному, смотрит его показания через 5-7

минут?

4. Почему пила нагревается, если ею пилить длительное время?

5. Зачем ствол винтовки покрывают деревянной ствольной насадкой?

5.

Подведение итогов и рефлексия



Что нового, интересного вы узнали сегодня на уроке?



Как вы усвоили пройденный материал?



Какие были трудности? Удалось ли их преодолеть?



Пригодятся ли вам знания, полученные сегодня на уроке?

6.

Домашнее задание



§73,74, выучить конспект



По желанию:

Измерьте

домашним

термометром

температуру

воды,

налитой

в

банку

или

бутылку.

Плотно закройте сосуд и 10–15 мин интенсивно встряхивайте его, после чего вновь измерьте

температуру.

Чтобы исключить передачу тепла от рук, наденьте варежки или заверните сосуд в полотенце.

Какой способ изменения внутренней энергии вы использовали? Поясните.