Необратимость процессов в природе. 2 закон термодинамики.

Учитель:

Бондарева Н. И.

Предмет:

Физика.

Класс:

10 класс.

Учебник:

Мякишев, Г.Я. Физика.Молекулярная физика. Термодинамика. 10 кл. учеб. для углубленного изучения физики / Г.Я. Мякишев, А.З. Синяков. - 9-е изд., стереотип. – М. : Дрофа, 2007. – 349, [3] с. : ил.

Тема урока:

Необратимость процессов в природе. 2 закон термодинамики.

Цель урока:

Сформировать знание о необратимых процессах в природе, о 2 законе термодинамики.

Задачи урока:

Личностные

• Формирование ответственного отношения к учению, готовности и способности к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к учению и познанию;

• Формирование целостного мировоззрения;

• Самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений.

Регулятивные УУД:

• Продолжить формирование умений ставить цели,

• Соотносить свои действия с планируемыми результатами,

• Осуществлять самоконтроль.

Познавательные УУД:

• Уметь формулировать понятия  поядок, хаос,необратимые процессы,энтропия;

• Знать формулировку 2 закона Термодинамики

• Наблюдать и описывать физические явления, для объяснения которых необходимо представление о 2 законе термодинамики;

• Уметь словесно интерпретировать закон ,а также объяснять невозможность создать вечный двигатель;

• Формирование целостной научной картины мира;

• Овладение умениями формулировать гипотезы, оценивать полученные результаты;

Коммуникативные УУД:

• Умение общаться в коллективе и строить диалог,

• Развивать монологическую и диалогическую речь.

• Сформировать познавательную активность,

• Развивать творческие способности и практические умения,

• Самостоятельность в приобретении знаний обосновывать и оценивать результаты своих действий,

• Развивать творческую инициативу.

Планируемые результаты:

Формируемые УУД:

1. Личностные: установление учащимися связи между целью учебной деятельности и ее мотивом (смыслообразование).

2. Регулятивные:

   1. Выработка способности к мобилизации сил и энергии.

   2. Умение постановки учебной задачи на основе соотнесения известного и неизвестного материала, прогнозирования результата,

   3. Составления плана и последовательности действий, оценивания и контроля полученного результата, корректировки плана и способов действия в случае расхождения эталона и полученного результата.

3. Коммуникативные: умение слушать, участвовать в коллективном обсуждении проблемы, вступать в диалог, точно выражать свои мысли, владение монологической и диалогической формами речи в соответствии с нормами родного языка, интегрироваться в группу сверстников и строить продуктивное сотрудничество со сверстниками и взрослыми.

4. Познавательные:

   1. Умение осознанно строить речевое высказывание в устной и письменной форме, структурировать знания.

   2. Постановка и решение проблемы, выбор наиболее эффективных способов выхода из проблемной ситуации в зависимости от конкретных условий, создание алгоритмов деятельности при решении проблем поискового характера.

   3. Формирование знаково-символических УУД.

   4. Самостоятельное формулирование познавательной цели, выдвижение гипотезы.

   5. Рефлексия способов и условий действия, контроль и оценка процесса и результатов деятельности.

   6. Выделение необходимой информации.

Тип урока:

Урок изучения нового материала и первичного закрепления знаний.

Деятельность учителя

Деятельность ученника

Формируемые УУД

1. Орг. момент

• Приветствие

• Выявление отсутствующих.

• Готовность учащихся к уроку.

Взаимное приветствие, настраиваются на работу, отвечают на поставленные вопросы

Коммуникативные вступление в диалог, отслеживание действий учителя, умеет слушать и слышать

Познавательные: развивает операции мышления, ставит задачу (ответить на вопрос)  на основе соотнесения того, что известно

2. Проверка д/з

Пар 5.1-5.3 учить

Ребята воспроизводят необходимый материал

Личностные: выражать положительное отношение к процессу познания, желание узнать новое, проявлять внимание.

Регулятивные: осознание учеником того, что уже освоено и что ещё подлежит усвоению, а также качество и уровень усвоения.

Коммуникативные: вступление в диалог, отслеживание действий учителя, умеет слушать и слышать.

2. Актуализация знаний.

Повторение вопросов, необходимых для зачетной работы по пройденному материалу (приложение 1).

1. Теплообмен (определение)

1. Внутренняя энергия (определение, формула)

1. Способы изменеия внутренней энергии (определение, формула)

2. Механическая работа.

1. Геометрическая интерпретация работы при изобарном процессе.

1. Геометрическая интерпретация работы при изобарном и изотермическом процессе.

1. 1-ый закон термодинамики и изобарный и изотермический процессы)

1. 1-ый закон термодинамики и изозорный и адиабатный процессы)

1. ЗСЭ (формулировка)

1. Количество теплоты (формулировка)

1. Уравнение теплового балланса (формулировка, формула)

1. 2-ой закон термодинамики (формулировка)

Необратимый процесс (определение)

1. Теплопередача (теплообмен) -процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы.

2. Внутренняя энергия — это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело. U=3/2νRΔT=3/2pΔV = (3/2)(m/M)RΔT

3. - Совершение работы

- Теплопередача ΔU=3/2νRT=3/2pV= 3/2νRΔT

4. Механическая работа определяется ка произведение модулей силы и перемешения на косинус угла между направлениями силы и пермещения

A = FS Cos a

1. 5.

1. 6.

A = pΔV

1. 7. Кол-во теплоты, переданное системе, идет на совершение ситемой работы против внешних сил и на увеличение её внутренней энергии.

ΔU+A’=Q

T=const

A+Q=0

A = -Q

A’ = Q

p=const

Q=A+ΔU

Q=ΔU+pΔV

1. 8. Кол-во теплоты, переданное системе, идет на совершение ситемой работы против внешних сил и на увеличение её внутренней энергии.

ΔU+A’=Q

V=const

Q=A+ΔU,

A=0

Q=ΔU

Q=A’+ΔU

Q=0

ΔU= - A’

1. 9. Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: кол-во энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую.

1. 10. Количество теплоты – энергия, которую получает или отдает тело в процессе теплопередачи. [Дж]

1. 11. В теплоизолированной системе, Q₁ +Q₂+Q₃+ …=0, или отданное тепло равно полученному.

1. 12. Необратимый процесс - процесс, протекающий только в одном направлении.

2-ой закон термодинамики

Если процесс передачи энергии от холодного тела горячему осуществляется, то при этом происходят определенные измененения в окружающих телах.

Личностные выражать положительное отношение к процессу познания, желание узнать новое, проявлять внимание

Регулятивные осознание учеником того, что уже освоено и что ещё подлежит усвоению, а также качество и уровень усвоения

Коммуникативные вступление в диалог, отслеживание действий учителя, умеет слушать и слышать

3. Этап постановки целей и задач урока.

Основные формулы по термодинамике:

1. Внутренняя энергия:

1. Изменение внутренней энергии:

1. Работа газа:

1. Работа газа равна, по модулю но противоположна по знаку:

1. 1 з-н термодинамики:

1. 1 з-н термодинамики и изотермический процесс:

1. 1 з-н термодинамики и изобарный процесс:

1. 1 з-н термодинамики и изохорный процесс:

9. 1 з-н термодинамики и адиабатный процесс:

1. ΔU=3/2νRΔT=3/2pΔV = (3/2)(m/M)νRΔT

1. ΔU=3/2ΔνRT=3/2pΔV= 3/2ΔpV= 3/2νRΔT

1. A’= pΔV = νRΔT

1. A’ = -A

1. Q=A+ΔU

ΔU=Q — A

ΔU=Q + A’

1. T=const

Q=A’+ΔU

ΔU=0, Q=A’

1. p=const

Q=A’+ΔU

Q=ΔU+pΔV

1. V=const

Q=A’+ΔU,

A=0

Q=ΔU

1. Q=A’+ΔU

Q=0

ΔU= - A’

Познавательные: развивает операции мышления, ставит задачу (ответить на вопрос) на основе соотнесения того, что известно

Коммуникативные умение выражать свои мысли, строить высказывания

4. Изучение нового материала.

Вспоминая ЗСЭ, мы может сказать, что некоторые процессы, не противоречащие ему, никогда не протекают в природе.

Предметы имеющие более высокую температуру остывают и при этом передают свою энергию боллее холодным окружающим телам. Но никогода в природе не случается обратныц процесс. Самопроизвольная передача тепла от холодного тела более теплому. Хотя это и не противоречит ЗСЭ.

Рассмотрим рисунок 5.11 на стр. 163.

Что мы видим на рисунке?

Из-за чего механическая энергия маятника убывает?

Что происходит с температурой маятника?

Энергетически допустим и обратный процесс, когда амплитуда колебаний маятника увеливается за счёт охлаждения самого маятника и окружающей среды. Но такой процесс никогда не наблюдается. Механическая энергия самопроизвольно переходит во внутреннюю, но не наоборот. При этом энергия упоряжочного движения тела как целого превращения в энергию неупорядочного теплового движения слагающих его молекул.

Необратимый процесс - процесс, протекающий только в одном направлении.

Какие самые известные необратимые процессы вы знаете?

Понятие необратимости процессов составляет содержание 2-го з-на термодинамики.

Этот з-н был сформулирован путем обобщения опытных фактов.

Немецкий ученый Рудольф Клаузиус в 1850 году сформулировал закон так:

Невозможно перевести тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии одновременных изменений в обеих системах или окружающих телах.

Независимо от Клаузиуса в 1851 году Уильям Кельвин:

невозможно осуществлять такой переодический процесс, единственным результатом которого было бы получение работы за счет теплоты, взятой от одного источника.

Здесь констатируется опытный факт определенной направленности теплопередачи: тепло само собой переходит всегда от горячих тел к холодным.

ЗСЭ:

Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: кол-во энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую.

Колебания маятника, выведенного из положения равновесия, затухают

За счёт работы сил трения.

Слегка повышается.

Старение и смерть организма.

Из приведенных формулировак можно сказать, что если процесс передачи энергии от холодного тела горячему осуществляется, то при этом происходят определенные измененения в окружающих телах

Познавательные: умение строить логическую цепь размышления, умение формировать анализ и синтез.

Личностные: умение внести необходимые дополнения и коррективы

Коммуникативные: умение вступать в диалог, умение создавать устные высказывания

5. Закрепление материала

Рымкевич.

№ 631

Какую работу совершил воздух массой 200 г при его изобарном нагревании, если их массы, а также начальные и конечные температуры равны.

№ 634

Объем кислорода массой 160 г, температура которого 27 ⁰С, при изобарном нагревании увеличился вдвое. Найти работу газа при расширении, количество теплоты, которое пошло на нагревание кислорода, изменение внутренней энергии.

№ 646

Для пригоовления ванны вместимостью 200 л смешали холодную воду при 10 ⁰С с горячей при 60 ⁰С. Какие объемы той и другой воды надо взять, чтобы температура установилась 40 ⁰С.

Рымкевич.

№631

Дано:

m = 200 г = 0,2 кг

p = const

ΔT = 20 К

M = 29*10^-3 кг/моль

Cp = 1,01*10³ Дж/кг*К

A -?

Q -?

Решение:

A= pΔV

ур-ие состояния идеального газа

pV = νRT

A =νRT=mRT/M =0,2 кг * 8,31Дж/моль*К * 20 К / 29*10^-3 кг/моль = 1,14*10³ Дж

Q = Cp*m*ΔT = 1,01*10³ Дж/кг*К * 0,2 кг * 20 К= 4 кДж

№ 634

Дано:

m = 160 г = 0,16 кг

p = const

ΔT₁ = 27⁰С = 300 К

V₂ = 2V₁

M = 0,032 кг/моль

Cp = 920 Дж/кг*К

A’ -?

Q -?

ΔU -?

Решение:

V₁/ V₂ = T₁/ T₂

V₁T₂=V₂T₁

T₂=V₂T₁ /V₁=2V₁*300К /V₁ = 600К

A’= pΔV=m*R*ΔT/M =0,16 кг*8,31Дж/моль*К *(600К — 300К) / 0,032 кг/моль =13 кДж

Q = 920 Дж/кг*К * 0,16 кг * (600К -300К) = 44 кДж

ΔU = Q – A’ = 44 кДж - 13 кДж =31 кДж

№ 646

Дано:

t₁ = 10 ⁰С

t₂ = 60 ⁰С

V = 200

Δt -?

m₁, m₂ -?

Решение

Если ρ воды = 1 кг/л, то m₁+ m₂ = 200 кг

Q отд = Q получ

с* m₁ (Δt -t₁ )=с* m₂ (t₂ -Δt)

с* m₁ (40⁰С - 10⁰С ) = с*m₂ (60⁰С — 40⁰С)

{30 ⁰С* m₁ = 20 ⁰С* m₂

{ m₁+ m₂ = 200 кг

{m₁ = 200 кг - m₂

{m₁ = 20 ⁰С* m₂

{m₁ = 200 кг - m₂

{30 ⁰С*(200 кг - m₂) = 20 ⁰С*m₂

{m₁ = 200 кг - m₂

{6000 ⁰С*кг-30⁰С*m₂=20 ⁰С*m₂

{m₁ = 200 кг - m₂

{6000 ⁰С*кг = 50 ⁰С*m₂

{m₁ = 200 кг - m₂

{ m₂ = 120 кг = 120 л (гор)

m₁ = 200 кг-120 кг=80кг=80л (х)

Личностные: умение понимать личную ответствен-ность за результат, формирование учебной мотивации

Регулятивные: умение осознавать что усвоено, что подлежит усвоению, а также качество и уровень усвоения, умение адекватно реагировать на трудности и не боится сделать ошибку.

Познавательные: умение применять знания в новой ситуации

6. Рефлексия

1. Что понравилось на уроке..

2. Что не понравилось на уроке…

3. Что показалось сложным…

4. Что было наиболее интересно узнать...

Ученики отвечают на поставленные вопросы.

Познавательные:

Оценивание детьми собственной деятельности, определение позиции ученика.

Коммуникативные:

умение выражать свои мысли.

Регулятивные:

умение давать верную эмоциональную оценку своей деятельности на уроке.

7. Д/з

Пар. 5.8-5.10

Рымкевич №632

Для изобарного нагревания газа, количество вещества которого 800 моль, на 500 К ему сообщили количество теплоты 9,4 МДж. Определите работу газа и приращение его внутренней энергии.

Рымкевич №632

Дано:

p = const

ν = 800 моль

ΔТ = 500 К

Q = 9,4 Мдж = 9,4*10⁶ Дж

A’ - ?

ΔU -?

Решение:

A’ = 3νRT/2 = 3*800 моль * 8,31 Дж/моль*К * 500 К / 2 = 4,9*10⁶ Дж

ΔU = Q - A’ =9,4*10⁶ Дж - 4,9*10⁶ Дж = 4,5*10⁶ Дж

Регулятивные: контроль, коррекция, оценка, волевая саморегуляция в ситуации затруднения.

Познавательные: анализ, синтез, сравнение.

Изопроцесс

Постоянная величина

Запись 1-го з-на Т

ΔU=A+ΔQ

Физический смысл

1. Изотермический процесс

T=const

Q=A’+ΔU

ΔU=0

A’ = Q

Все тепло поступающее в систему идет на совершение работы;

Если над газом совершается работа, то ровно столько же выделяется тепла

2. Изохорный процесс

V=const

Q=A’+ΔU

A’ = 0

Q=ΔU

Все тепло поступающее в систему идет на изменеие внутренный энергии (на её увеличение)

Если тепло выходит из системы, то внутренняя энергия уменьшается на столько же

3. Изобарный процесс

Р=const

Q=A’+ΔU

Q=pΔV+ΔU

Тепло поступаемое в систему идет на изменеие внутренней энергии и совершение работы газа.

4. Теплоизолированная система

Адиабатный процесс- процесс, протекающий быстро, без обмена с окружающей средой

Q=0

Q=A’+ΔU

ΔU= - A’

Если газ совершает работу то его внутренныяя энергия уменьшается (туман).

Если совершается работа над газом, то его внутренняя энергия растет (воспламеняется)