Урок физики в 10 классе по теме "Изопроцессы. Газовые законы"

Изопроцессы.

Газовые законы

Цели урока : познакомиться

• с понятием «изопроцесс»
• с видами изопроцессов
• с законами протекания различных изопроцессов

Задачи урока:

• с помощью демонстрационного, лабораторного и виртуального экспериментов установить закономерности изопроцессов;
• доказать, что данные законы являются следствием уравнения Менделеева-Клапейрона;
• познакомиться с графиками изопроцессов.

Вопросы для повторения:

• Что называют уравнением состояния?
• Запишите уравнение Менделеева — Клапейрона.
• Почему газовая постоянная R называется универсальной?
• Для чего нужно уравнение состояния?

Итак, зная уравнение состояния, можно сказать, как протекают в системе различные процессы при определенных внешних условиях : например, как будет меняться давление газа, если увеличивать его объем при неизменной температуре, и т. д. Процессы, протекающие при неизменном значении одного из параметров, называют изопроцессами .

Изопроцессы в газах

Процессы, протекающие при неизменном значении одного из параметров, называют изопроцессами .

Рассмотрим следующие изопроцессы:

Название

процесса

Изотермический

процесс

Постоянная

величина

Изобарный

процесс

T = const

Изохорный

процесс

p = const

V = const

Газовый закон –

количественная зависимость между

двумя параметрами газа

одной и той же массы при фиксированном значении третьего.

Газовые законы количественно

описывают изопроцессы, происходящие в газах .

Изопроцесс

Постоянная

величина

Закон

изопроцесса

Изотермический

Графики изопроцессов

Изохорный

В координатах

PV

Изобарный

В координатах

PT

В координатах

VT

Установка для демонстрации закономерностей изотермического процесса

Несколько раз медленно будем изменять на одну условную единицу объем воздуха в цилиндре и наблюдать за показаниями манометра, фиксируя значение давления воздуха. Данные опыта запишем в таблицу.

V ,

усл.ед.

5

Δ р, кгс/см

0,2

5,5 6

1 кгс/см = 1ат=10м вод.ст. = 98066,5 Па ≈98,07кПа

6,5

0,1 0

1 атм. =101,325 кПа

р,

кПа

121

-0,05

111 101

7

-0,1

7,5

96

92

-0,2

8

9

-0,225

82

- 0,3

80

72

Зависимость давления газа от объема в изотермическом процессе

Вывод:

• При уменьшении объема давление газа увеличивается , а при увеличении объема газа давление уменьшается .

• Произведение PV для любого состояния остается постоянным при неизменной массе газа и постоянной температуре.

• При изотермическом процессе давление газа обратно пропорционально его объему.

Этот закон экспериментально был открыт английским ученым Р.Бойлем и несколько позже французским ученым Э.Мариоттом. Поэтому он носит название Бойля-Мариотта.

Английский ученый Р.Бойль

Французский ученый Э. Мариотт

Закон Бойля- Мариотта

Т = const , процесс изотермический

1 состояние газа:

2 состояние газа:

m = const

PV = PV = const при Т = const

PV = const при Т = const

Графики изотермического процесса

В координатах PV В координатах PТ В координатах VТ

P V

T T

• Какие параметры газа остаются постоянными при изотермическом процессе?
• Как эти условия обеспечиваются в опыте ?
• Почему с точки зрения МКТ при уменьшении объема растет давление газа?

Лабораторная работа

«Изучение

закономерностей

изохорного процесса»

Цель работы: выяснить характер зависимости давления идеального газа от температуры при неизменном объеме газа. Оборудование: пластиковый сосуд объемом 55 мл, медицинский манометр, соединительные ПВХ трубки, термометр, стакан с горячей водой.

Выполнение работы: сравнить 2 состояния воздуха в сосуде при постоянном объеме 60 мл .

Температура Т, К

1 состояние ( при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении)

2 состояние (стеклянный сосуд опущен в стакан с горячей водой)

Давление р , мм. рт. ст.

Вывод :

• При уменьшении температуры давление газа уменьшается , при увеличении температуры давление газа увеличивается .

• Отношение для любого состояния остается постоянным при неизменной массе газа и постоянном объеме.

• При изохорном процессе давление газа прямо пропорционально температуре.

• Этот закон экспериментально был открыт французским ученым Шарлем. Поэтому он носит название закона Шарля.

Закон Шарля

V=const , процесс изохорный.

1 состояние газа:

2 состояние газа:

m = const

Графики изохорного процесса

В координатах PV В координатах PТ В координатах VТ

Р V

V T

• Какие параметры газа остаются постоянными при изохорном процессе?
• Можно ли график изохоры проводить из начала координат? Почему?
• Почему с точки зрения

МКТ при увеличении

температуры растет

и давление газа?

Изобарный процесс

р =const , процесс изобарный .

1 состояние газа:

2 состояние газа:

m = const

Графики изобарного процесса

В координатах PV В координатах PТ В координатах VТ

Р P

V T

• Какие параметры газа остаются постоянными при изобарном процессе?
• Можно ли график изобары проводить из начала координат? Почему?
• Почему с точки зрения МКТ

при увеличении температуры

растет и объем газа?

Изопроцессы в природе и технике

• Увеличение давления газа в любой емкости или в электрической лампочке при нагревании является изохорным процессом. Изохорный процесс используется в газовых термометрах постоянного объема.

• Изобарным можно считать расширение газа при нагревании его в цилиндре с подвижным поршнем. Постоянство давления в цилиндре обеспечивается атмосферным давлением на внешнюю поверхность поршня.

Для поддержания температуры газа постоянной необходимо, чтобы он мог обмениваться теплотой с большой системой – термостатом. Термостатом может служить атмосферный воздух, если температура его заметно не меняется на протяжении всего процесса.

Обобщение

PV = m/M ·RT

ט = m/M

ט = const

P 1 V 1 = P 2 V 2

T 1 T 2

V = const

T = const

P = const

V 1 = V 2

T 1 T 2

P 1 V 1 = P 2 V 2

P 1 = P 2

T 1 T 2

29

Домашнее задание:

§ 71, ответить на вопросы

на стр.194