Урок физики в 8-м классе. Необратимость тепловых процессов. Второй закон термодинамики

Класс 8

Урок 21

Тема: Необратимость тепловых процессов. Второй закон термодинамики. Роль термодинамики в современной физике.

Тип урока: Комбинированный.

Цели :

1. Обеспечить усвоение учащимися основных понятий по теме, понимания сущности и значения второго закона термодинамики.

2. Содействовать формированию знаний физических закономерностей и влияния различных условий на характер протекания физических процессов.

3. Создать условия для развития интеллектуальных способностей и общеучебных умений через организацию самостоятельной работы учащихся.

Оборудование:  карточки-задания для учащихся.

Методы: использование проблемных ситуаций обучение

Средства: презентация, доска

Виды работы: самостоятельная работа с учебником, работа с тестом

Ход урока

1.Организационный момент.

Сообщение темы урока, задач и плана работы.

2.Актуализация знаний. Подготовка к основному этапу занятий.

Продолжительность до 7-8 минут.

Учащимся предлагается ответить на вопросы.

На основе ответов формулируются выводы.

-Что называют внутренней энергией?

- Как можно изменить внутреннюю энергию?

- Что представляет собой I-й закон термодинамики?

- Как читается закон?

- Каковы границы применимости данного закона? (Важно: закон справедлив для замкнутых систем).

- В чем состоят недостатки закона? (Важно: в законе не дается никаких указаний на то, в каком направлении протекают процессы, удовлетворяющие принципу сохранения энергии).

- В чем заключается неравноценность одинаковых количеств энергии различных видов?

(Важно: Разные виды энергии не равноценны в отношении способности превращаться в другие виды. Механическую энергию можно целиком превратить во внутреннюю, например, электрическая энергия – внутренняя. Запасы внутренней энергии ни при каких условиях не может превратиться целиком в другие виды энергии.)

Выделенные особенности подтверждаются при разборе примеров.

3.Решение задач

1. Термодинамической системе передано количество теплоты, равное 2000 Дж, и над ней совершена работа 500 Дж. Определите изменение его внутренней энергии этой системы

2.В камере, в результате сгорания топлива выделилось количество теплоты, равное  600 Дж, а внутренняя энергия увеличилась на 400 Дж.  Какую работу совершил двигатель?

3.Внутренняя энергия тела была равна U₀ = 200 кДж. Тело получило количество теплоты, равное 200 кДж, и над ним совершили работу А= 300 кДж. Определите конечную внутреннюю энергию U_к тела.

4. В стоящий на столе стакан налили холодную воду. На рис. приведён график зависимости температуры воды в стакане от количества полученной ею теплоты.

Ответьте на вопросы:

а) чему равны начальная температура воды и конечная температура воды;

б) какое количество теплоты получила вода;

в) на сколько изменилась внутренняя энергия воды;

г) чему равна масса воды?

1. Объяснение темы

Пример 1.Если система состоит из двух тел с различной температурой, то теплообмен происходит так, что температуры тел выравниваются и вся система приходит к состоянию теплового равновесия.

I закон термодинамики не был бы нарушен, если бы передача тепла происходила от тела с низкой температурой к телу с более высокой температурой при условии, что полный запас энергии оставался бы неизменным.

Повседневный опыт показывает, что сама по себе передача тепла от более холодного тела к более горячему никогда не происходит.

Пример 2.Камень падает с некоторой высоты. При этом потенциальная энергия переходит в кинетическую, а затем механическая - во внутреннюю энергию. При этом закон сохранения энергии не нарушается.

Первому закону термодинамики не противоречил бы и обратный процесс: лежащий на земле камень нагревают переходом тепла от окружающих тел, вследствие чего камень поднимается на некоторую высоту.

Описанную ситуацию в природе наблюдать нельзя.

Рассмотрим следующие примеры

Сосуд разделен перегородкой. В первой половине находится газ, во второй – вакуум. Что произойдет, если перегородку убрать? Вернется ли газ самопроизвольно через некоторое время в половину 1?

в) 

Сравните две ситуации и сделайте вывод.

1. Два тела привели в соприкосновение. Укажите направление теплопередачи. Может ли самопроизвольно теплота передаваться в обратном направлении?

2.В стакан с водой опустили кусочек марганцовки. Через некоторое время получился равномерно окрашенный раствор. Может ли снова образоваться кусочек марганцовки?

Необратимость тепловых процессов.

Формулировка второго закона термодинамики

Самостоятельная работа с учебником

5.Закрепление полученных знаний.

Выполнение теста. Время работы 3 минуты.

Тест

  Задание 1

Какие величины входят в первый закон термодинамики?

 Выберите несколько из 5 вариантов ответа:

1) V 2) Q 3) A 4) T 5) U

 Задание 2

Какой основной источник энергии в тепловых двигателях?  Выберите один из 3 вариантов ответа:

1) Топливо 2) внешние силы 3) кинетическая энергия заряженных частиц

 Задание 3

Выберите тепловые двигатели:  

Выберите несколько из 5 вариантов ответа:

1) электрический двигатель 2) турбореактивный двигатель самолета

3) Двигатель внутреннего сгорания 4) реактивный двигатель ракеты

5) газовая турбина

 Задание 4

Какова будет формулировка первого закона термодинамики в случае "вечного двигателя"? Выберите один из 3 вариантов ответа:

1) Q=A 2) Q=U 3) -U=A

 Задание 5

Кто сформулировал второй закон термодинамики?

 Выберите один из 3 вариантов ответа:

1) Ломоносов 2) Клаузиус 3) Ньютон

6. Подведение итогов урока. Домашнее задание

Тест

  Задание 1

Какие величины входят в первый закон термодинамики?

 Выберите несколько из 5 вариантов ответа:

1) V 2) Q 3) A 4) T 5) U

 Задание 2

Какой основной источник энергии в тепловых двигателях?  Выберите один из 3 вариантов ответа:

1) Топливо 2) внешние силы 3) кинетическая энергия заряженных частиц

 Задание 3

Выберите тепловые двигатели:  

Выберите несколько из 5 вариантов ответа:

1) электрический двигатель 2) турбореактивный двигатель самолета

3) Двигатель внутреннего сгорания 4) реактивный двигатель ракеты

5) газовая турбина

 Задание 4

Какова будет формулировка первого закона термодинамики в случае "вечного двигателя"? Выберите один из 3 вариантов ответа:

1) Q=A 2) Q=U 3) -U=A

 Задание 5

Кто сформулировал второй закон термодинамики?

 Выберите один из 3 вариантов ответа:

1) Ломоносов 2) Клаузиус 3) Ньютон

Тест

  Задание 1

Какие величины входят в первый закон термодинамики?

 Выберите несколько из 5 вариантов ответа:

1) V 2) Q 3) A 4) T 5) U

 Задание 2

Какой основной источник энергии в тепловых двигателях?  Выберите один из 3 вариантов ответа:

1) Топливо 2) внешние силы 3) кинетическая энергия заряженных частиц

 Задание 3

Выберите тепловые двигатели:  

Выберите несколько из 5 вариантов ответа:

1) электрический двигатель 2) турбореактивный двигатель самолета

3) Двигатель внутреннего сгорания 4) реактивный двигатель ракеты

5) газовая турбина

 Задание 4

Какова будет формулировка первого закона термодинамики в случае "вечного двигателя"? Выберите один из 3 вариантов ответа:

1) Q=A 2) Q=U 3) -U=A

 Задание 5

Кто сформулировал второй закон термодинамики?

 Выберите один из 3 вариантов ответа:

1) Ломоносов 2) Клаузиус 3) Ньютон

Тест

  Задание 1

Какие величины входят в первый закон термодинамики?

 Выберите несколько из 5 вариантов ответа:

1) V 2) Q 3) A 4) T 5) U

 Задание 2

Какой основной источник энергии в тепловых двигателях?  Выберите один из 3 вариантов ответа:

1) Топливо 2) внешние силы 3) кинетическая энергия заряженных частиц

 Задание 3

Выберите тепловые двигатели:  

Выберите несколько из 5 вариантов ответа:

1) электрический двигатель 2) турбореактивный двигатель самолета

3) Двигатель внутреннего сгорания 4) реактивный двигатель ракеты

5) газовая турбина

 Задание 4

Какова будет формулировка первого закона термодинамики в случае "вечного двигателя"? Выберите один из 3 вариантов ответа:

1) Q=A 2) Q=U 3) -U=A

 Задание 5

Кто сформулировал второй закон термодинамики?

 Выберите один из 3 вариантов ответа:

1) Ломоносов 2) Клаузиус 3) Ньютон

Необратимость тепловых процессов. Второй закон термодинамики. Роль термодинамики в современной физике.

Повторение

• Что называют внутренней энергией тела?
• Какими способами можно изменить внутреннюю энергию тела?

• Что представляет собой I-й закон термодинамики?
• Каковы границы применимости данного закона?
• Что такое работа газа при расширении?

Задача №1

Термодинамической системе передано количество теплоты, равное 2000 Дж, и над ней совершена работа 500 Дж. Определите изменение его внутренней энергии этой системы.

внутренней энергии

Увеличилась на 2500Дж

Задача №2

В камере, в результате сгорания топлива выделилось количество теплоты, равное  600 Дж, а внутренняя энергия увеличилась на 400 Дж.  Какую работу совершил двигатель?

200 Дж

Задача № 3 Внутренняя энергия тела была равна U 0 = 200 кДж. Тело получило количество теплоты, равное 200 кДж, и над ним совершили работу А= 300 кДж. Определите конечную внутреннюю энергию U к тела.

700 кДж

Задача №4

В стоящий на столе стакан налили холодную воду. На рис. приведён график зависимости температуры воды в стакане от количества полученной ею теплоты.

Ответьте на вопросы:

а) чему равны начальная температура воды и конечная температура воды;

б) какое количество теплоты получила вода;

в) на сколько изменилась внутренняя энергия воды;

г) чему равна масса воды?

Сосуд разделен перегородкой. В первой половине находится газ, во второй – вакуум. Что произойдет, если перегородку убрать? Вернется ли газ самопроизвольно через некоторое время в половину 1?

1

2

В стакан с водой опустили кусочек марганцовки. Через некоторое время получился равномерно окрашенный раствор. Может ли снова образоваться кусочек марганцовки?

Два тела привели в соприкосновение. Укажите направление теплопередачи. Может ли самопроизвольно теплота передаваться в обратном направлении?

• Более нагретое тело само собой остывает, передавая свою энергию более хо­лодным телам. Обратный процесс передачи от более холодного тела к горячему не противоречит закону сохранения, но не происходит. Таких примеров можно привести много. Это говорит о том, что процессы в природе имеют определенную направленность, не как не отраженную в первом законе термодинамики. Все про­цессы в природе необратимы (старение организмов).
• Второй закон термодинамики указывает направление возможных энергети­ческих превращений и тем самым выражает необратимость процессов в природе.

Немецкий ученый Р. Клаузиус сформулировал его (второй закон термодинамики) так:

Невозможно перевести теплоту от более холодной системе к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или в окружающих телах.

Тест

   Задание 1

Какие величины входят в первый закон термодинамики?

  Выберите несколько из 5 вариантов ответа:

1) V 2) Q 3) A 4) T 5) U

  Задание 2

Какой основной источник энергии в тепловых двигателях?   Выберите один из 3 вариантов ответа:

1) Топливо 2) внешние силы 3) кинетическая энергия заряженных частиц

  Задание 3

Выберите тепловые двигатели:  

Выберите несколько из 5 вариантов ответа:

1) электрический двигатель 2) турбореактивный двигатель самолета

3) Двигатель внутреннего сгорания 4) реактивный двигатель ракеты

5) газовая турбина

  Задание 4

Какова будет формулировка первого закона термодинамики в случае "вечного двигателя"? Выберите один из 3 вариантов ответа:

1) Q=A 2) Q=U 3) -U=A

  Задание 5

Кто сформулировал второй закон термодинамики?

  Выберите один из 3 вариантов ответа:

1) Ломоносов 2) Клаузиус 3) Ньютон

Закрепление изученного

1. Какие процессы считаются необратимыми?

2. Сформулируйте второй закон термодинамики.

3. Как связана формулировка второго закона термодинамики с необратимос­тью тепловых процессов?

4. Какую роль в жизни играет термодинамика?

Подведение итогов. Домашнее задание