Цель урока: установить связь между изменением внутренней энергии системы, работой и количеством теплоты, переданной системе
Задачи урока: образовательная: сформировать знания о необратимость тепловых процессов, протекающих в природе;
развивающая: развивать умения мыслить, всех видов памяти, умение выделять главное, развивать видения логических связей внутри предмета, умение использовать полученные знания на практике, продолжить формирование единой картины мира;
воспитывающая: повышать интерес обучающихся к изучению физики; воспитывать умение слушать товарищей, формировать и защищать свою точку зрения; воспитывать умение рационального использования своего времени.
I. Проверка домашнего задания
1. Сформулируйте Ⅰ закон термодинамики.
2. Запишите формулы, описывающие этот закон.
3. Как первый закона термодинамики применим к изопроцессам?
II. Изучение нового материала
Закон сохранения энергии утверждает, что количество энергии при любых ее превращениях остается неизменным. Между тем многие процессы, вполне допустимые с точки зрения закона сохранения энергии, никогда не протекают в действительности.
Примеры необратимых процессов.
1)Нагретые тела постепенно остывают, передавая свою энергию более холодным окружающим телам. Обратный процесс передачи теплоты от холодного тела к горячему не противоречит закону сохранения энергии, если количество теплоты, отданное холодным телом, равно количеству теплоты, полученному горячим, но такой процесс самопроизвольно никогда не происходит.
2)Колебания маятника, выведенного из положения равновесия, затухают. За счет работы сил трения механическая энергия маятника убывает, а температура маятника и окружающего воздуха (а значит, и их внутренняя энергия) слегка повышается. Энергетически допустим и обратный процесс, когда амплитуда колебаний маятника увеличивается за счет охлаждения самого маятника и окружающей среды. Но такой процесс никогда не наблюдается. Механическая энергия самопроизвольно переходит во внутреннюю, но не наоборот. При этом энергия упорядоченного движения тела как целого превращается в энергию неупорядоченного теплового движения слагающих его молекул.
Общее заключение о необратимости процессов в природе. Переход тепла от горячего тела к холодному и механической энергии во внутреннюю - это примеры наиболее типичных необратимых процессов. Число подобных примеров можно увеличивать практически неограниченно. Все они говорят о том, что процессы в природе имеют определенную направленность, никак не отраженную в первом законе термодинамики. Все макроскопические процессы в природе протекают только в одном определенном направлении. В обратном направлении они самопроизвольно протекать не могут. Все процессы в природе необратимы, и самые трагические из них - старение и смерть организмов.
Необратимыми называются такие процессы, которые могут самопроизвольно протекать лишь в одном определенном направлении; в обратном направлении они могут протекать только при внешнем воздействии. Так, можно вновь увеличить размах колебаний маятника, подтолкнув его рукой. Но это увеличение возникает не само собой, а становится возможным в результате более сложного процесса, включающего движение руки.
Математически необратимость механических процессов выражается в том, что уравнения движения макроскопических тел изменяются с изменением знака времени. Они, как говорят в таких случаях, не инвариантны при преобразовании t→-t. Ускорение не меняет знака при замене t→-t. Силы, зависящие от расстояний, также не изменяют знака. Знак при замене t на -t меняется у скорости. Именно поэтому при совершении работы силами трения, зависящими от скорости, кинетическая энергия тела необратимо переходит во внутреннюю.
Кино «наоборот». Яркой иллюстрацией необратимости явлений в природе служит просмотр кинофильма в обратном направлении. Например, прыжок в воду будет при этом выглядеть следующим образом. Спокойная вода в бассейне начинает бурлить, появляются ноги, стремительно движущиеся вверх, а затем и весь ныряльщик. Поверхность воды быстро успокаивается. Постепенно скорость ныряльщика уменьшается, и вот уже он спокойно стоит на вышке. То, что мы видим на экране, могло бы происходить в действительности, если бы процессы можно было обратить.
Нелепость происходящего на экране проистекает из того, что мы привыкли к определенной направленности процессов и не сомневаемся в невозможности их обратного течения. А ведь такой процесс, как вознесение ныряльщика на вышку из воды, не противоречит ни закону сохранения энергии, ни законам механики, ни вообще каким-либо законам, кроме второго закона термодинамики.
Все процессы самопроизвольно протекают в одном определенном направлении. Они необратимы. Тепло всегда переходит от горячего тела к холодному, а механическая энергия макроскопических тел - во внутреннюю.
Ⅲ. Закрепление изученного материала.
1. Какие процессы называются необратимыми? Назовите наиболее типичные необратимые процессы.
2. Если бы реки потекли вспять, означало бы это, что нарушается закон сохранения энергии?
3. Насколько изменилась внутренняя энергия некоторого газа, который совершил работу 250 кДж, получив количество теплоты 350 кДж? (Решение: ΔU=Q-А=350 кДж-250 кДж=100 кДж, работа отрицательная т.к совершается телом)
4. Какова внутренняя энергия 5 моль кислорода при 10 °С?
V.. Домашнее задание:
§ 81 изучить, решить задача 3 стр.264