10 клас фізика
Завдання надсилайте по вайберу , або на електрону пошту k120208h@ukr.net
13.04.2020 Тема: Абсолютна(термодинамічна) шкала температур.Рівняння стану ідеального газу.
Мета уроку: увести поняття «температура», пояснити температуру як міру середньої кінетичної енергії, надати уявлення про способи вимірювання температури, пояснити будову та принципи роботи приладів для вимірювання температури. Увести поняття теплової рівноваги. Пояснити залежність середньої квадратичної швидкості від маси молекули та температури, вивчити методики вимірювання швидкостей молекул у досліді Штерна.
Не все у світі відносне. Так, існує абсолют температури. Є й абсолютна шкала температур. Зараз ви дізнаєтесь про це, а також про те, який точний зв'язок між температурою і середньою кінетичною енергією молекул. Але спочатку треба перебороти нелегкий психологічний бар'єр. Ви звикли переводити кілометри у метри, години в секунди і т. д. А тут енергія, виражена в джоулях, переводиться в градуси температури.
Замість температури 6, яку вимірюють в енергетичних одиницях, введемо температуру, яку вимірюють у градусах.
Вважатимемо величину прямо пропорційною температурі Т, яку вимірюють у градусах:
де k — коефіцієнт пропорційності.
Температура, визначена рівністю (2.5), називається абсолютною. Така назва, як ми зараз побачимо, має достатні підстави.
Враховуючи означення (2.5), дістанемо:
На основі цієї формули встановлюється температурна шкала (в градусах), що не залежить від вибору речовини, взятої для вимірювання температури.
Абсолютний нуль температури. Температура, яка визначається формулою (2.6), очевидно, не може бути від'ємною, бо всі величини, що стоять у лівій частині цієї формули, явно додатні. Отже, найменше можливе значення температури Т = 0, якщо тиск р або об'єм V дорівнюють нулю. Граничну температуру, при якій тиск ідеального газу дорівнює нулю при фіксованому об'ємі, або об'єм ідеального газу наближається до нуля при незмінному тиску, називають абсолютним нулем температури. Це найнижча температура в природі, той «найбільший або останній ступінь холоду», існування якого передбачив М. В. Ломоносов.
Абсолютна шкала температур. Англійський учений У. Кельвін ввів абсолютну шкалу температур. Нульова температура за абсолютною шкалою (її називають також шкалою Кельвіна) відповідає абсолютному нулю, а кожна одиниця температури за цією шкалою дорівнює градусу на шкалі Цельсія.
Одиниця абсолютної температури в СІ називається кельвіном (позначається буквою k).
Стала Больцмана. Визначимо коефіцієнт k у формулі так, щоб 1 К дорівнював градусу за шкалою Цельсія (1 °С),
Ми знаємо значення при О °С і 100 °С (формули 2.2 і 2.4). Позначимо абсолютну температуру при О °С через Тo , а при 100 °С через T100. Тоді згідно з формулою (2.5) 100 - 0 = k (T100 - T0) k = 1,3810-23
Коефіцієнт k називається сталою Больцмана на честь видатного австрійського фізика Л. Больцмана, одного із засновників молекулярно-кінетичної теорії газів.
Стала Больцмана пов'язує температуру в енергетичним одиницях з температурою Т у кельвінах. Це одна з найважливіших сталих молекулярно-кінетичної теорії.
Зв'язок абсолютної шкали і шкали Цельсія. Знаючи сталу Больцмана, можна знайти значення абсолютного нуля за шкалою Цельсія. Для цього початку знайдемо значення абсолютної температури, що відповідає 0 °С.
Оскільки при 0 оС значення kT1=3,76.10-21 Дж, то Т1=.
Один кельвін і один градус Цельсія збігаються. Тому будь-яке значення абсолютної температури Т буде на 273 градуси вище за відповідну температуру t за Цельсієм: T = t+273.
Але зміна абсолютної температури T дорівнює зміні температури t за шкалою Цельсія: T = t.
На малюнку 20 для порівняння зображено абсолютну шкалу і шкалу Цельсія. Абсолютному нулеві відповідає температураt= - 273 °С.
Температура — міра середньої кінетичної енергії молекул. З основного рівняння молекулярно-кінетичної теорії у формі (2.1) і визначення температури (2.6) випливає, що абсолютна температура є мірою середньої кінетичної енергії руху молекул. Доведемо це.
i
Ліві частини рівнянь однакові. Отже, мають бути однаковими і їхні праві частини. Звідси випливає зв'язок між середньою кінетичною енергією поступального руху молекул і температурою:
Середня кінетична енергія хаотичного поступального руху молекул газу пропорційна абсолютній температурі. Чим вища температура, тим швидше рухаються молекули. Отже, припущення про зв'язок температури із середньою швидкістю молекул підтвердилося.
Співвідношення між температурою і середньою кінетичною енергією поступального руху молекул (2.9) установлено для розріджених газів. Проте воно справджується для будь-яких речовин, рух атомів або молекул яких підлягає законам механіки Ньютона, і для рідин і твердих тіл, у яких атоми можуть лише коливатися біля положень рівноваги у вузлах кристалічної решітки.
Коли температура наближається до абсолютного нуля, енергія теплового руху молекул також наближається до нуля.
Залежність тиску газу від концентрації його молекул і температури. Враховуючи, що з формули (2.6) дістанемо вираз, що показує залежність тиску газу від концентрації молекул і температури:p=nkT.
З формули (2.10) випливає, що при однакових тисках і температурах концентрація молекул у всіх газах однакова.
Звідси випливає закон Авогадро, відомий вам з курсу хімії 9-го класу: в однакових об'ємах газів при однакових температурах і тисках міститься однакова кількість молекул.
Існує мінімально можлива температура, при якій тиск або об'єм ідеального газу дорівнюють нулю. Це абсолютний нуль
*1. Чому дорівнює абсолютний нуль температури за шкалою Цельсія?-2. Які переваги має абсолютна шкала температур порівняно з шкалою Цельсія? 3. Який фізичний зміст сталої Больцмана? Чи можна визначити Ті теоретично, не вдаючись до експерименту? 4. Як залежить від температури середня кінетична енергія поступального руху молекул? 5. Чому концентрація молекул усіх газів одна і та сама при однакових тисках і температурах? 6. Який фізичний зміст абсолютного нуля температури?
Код доступу 913521
Попросіть учнів використати цей код,
відкривши посилання
Виконати до 21.04.2020
14.04.2020 Тема: Розв'язування задач
Мета: навчити учнів розв’язувати задачі на рівняння стану газу фізичним та хімічним методами; розвивати уміння учнів користуватися комп’ютерною технікою та обізнаність у проведенні експериментів за допомогою «Віртуальної фізичної лабораторії»; виховувати інтерес до вивчення наук природничо-математичного циклу, використовуючи новітні комп’ютерні технології.
Задача№1
Визначити роботу розширення 20л газу при ізобарному нагріванні від 270С до 1200С. Тиск газу 80 кПа.
Дано:
V1 = 20л
Т1 = 270С
Т2 = 1200С
Р = 80 кПа
А - ?
Розв'язання
Для визначення роботи необхідно визначити зміну об'єму газу, так як невідомо V2
A = Р(V2 – V1)
При постійному тиску маємо співвідношення V1/V2 = T1/T2
V2 = V1*T2 /T1
А = Р ( (V1*T2 /T1) - V1 )
[ А ] = Па м3 = (Н/м2) *м3 = Н*м = Дж
А = 80*103 ( (20*10-3*397 / 300) - 20*10-3) = 500 Дж
Відповідь: 500 Дж
Задача № 2
Одноатомному газу, кількістю речовини 2 моля, передано кількість теплоти 1,2 кДж. При цьому газ виконав роботу 600 Дж. На скільки змінилась температура газу?
Дано:
ν = 2 моль
Q = 1,2 кДж
А = 600 Дж
∆Т - ?
Розв'язання
І закон термодинаміки для цього випадку має вигляд
Q = ∆U + A
Зміна внутрішньої енергії одноатомного газу ∆U = 3mR∆T/2M, а кількість речовини визначимо ν = m/М
∆U = 3 ν R∆T/2
Рівняння І закону термодинаміки стане
Q = (3 ν R∆T/2) + А
∆Т = (Q – А)*2/3 ν R
[∆Т] = Дж*моль*К/моль*Дж = К
∆Т = (1200 – 600)*2/3*2*8,31= 24 (К)
Відповідь: збільшилась на 24 К.
Задача № 3
Визначити ККД двигуна, який працює за циклом Карно, у якого температура нагрівача 2000К, ак температура холодильника 100 0С?
Дано:
Т1 = 2000 К
Т2 = 100 0С = 373К
ŋ -?
Розв'язання
формула, що визначає ККД двигуна, який працює за циклом Карно
ŋ = Т1-Т2/Т1
ŋ = (2000К – 373К) / 2000 К = 0,81
Відповідь: 81%
Розв'язуємо задачі в зошиті :
№ 1 Визначити роботу розширення 40л газу при ізобарному нагріванні від 280С до 1250С. Тиск газу 70 кПа.
№2 Одноатомному газу, кількістю речовини 3 моля, передано кількість теплоти 1,6 кДж. При цьому газ виконав роботу 800 Дж. На скільки змінилась температура газу?
№3 Визначити ККД двигуна, який працює за циклом Карно, у якого температура нагрівача 3000К, ак температура холодильника 120 0С?
Домашня робота : параграф 37 повторити , роз'язати задачі (1-3)
Завдання надсилайте по вайберу , або на електрону пошту k120208h@ukr.net
Виконати до 16.04.2020
16.04.2020 Тема:Газові закони для ізопроцесів
Ізопроцесами називають термодинамічні процеси, що протікають в системі з незмінною масою при постійному значенні одного із параметрів стану системи.
1˚ Ізотермічний процес.
Т = const, ΔT = 0
Р.Бойль (англ.), Е. Маріотт (фр.) , ХХVII ст.
Закон Бойля-Маріотта.
Добуток pV=const для даної кількості газу при постійній температурі.
Пояснення закону Бойля-Маріотта з точки зору МКТ
Тиск – це узагальнена, усереднена дія молекул (атомів, частинок) на стінки. При зменшенні об’єму в декілька раз у стільки ж раз збільшується число молекул в одиниці об’єму (концентрація), а отже і число ударів молекул в стінки за одиницю часу. Останнє веде до зростання тиску.
2˚Ізохоричний процес.
V = const, ΔV = 0
Ж. Шарль (фр.), 1787 рік.
Закон Шарля.
Тиск певної маси газу при нагріванні на 1˚С при постійному об’ємі збільшується на 1/273 частину його тиску при 0˚С.
р = р0(1 + αt)
де α =( p – p0)/p0t = 1/273 (K-1) - температурний коефіцієнт тиску.
Tt = T – 273; р = р0(1 + αt) = р0 + р0 α(T – 273) = p0αT.
Тому р = p0αT або р/Т = const при незмінній масі ідеального газу.
Пояснення закону Шарля на основі МКТ.
Згідно із основними положеннями МКТ при зростанні температури ідеального газу зростає середня швидкість руху молекул (атомів, частинок), а тому зростає частота стикання зі стінками посудини. Це зумовлює зростання тиску молекул на стінки.
3˚ Ізобаричний процес.
р = const, Δр = 0
Ж. Гей-Люссак (фр.), 1802 рік.
Закон Гей-Люссака.
Збільшення температури газу на 1˚С при постійному тиску збільшує його об’єм на 1/273 частину того об’єму, котрий займає газ при 0˚С.
V = V0(1 + βt)
де β = (V – V0)/V0t – температурний коефіцієнт обємного розширення газу.
Враховуючи, що t = T – 273, закон Гей-Люссака можна подати у наступному вигляді:
V = V0βt, V/T = const, при незмінній масі ідеального газу.
Пояснення закону Гей-Люссака на основі МКТ.
Згідно із основними положеннями МКТ при зростанні температури ідеального газу зростає середня швидкість руху молекул (атомів, частинок), а тому зростає середня відстань між молекулами, що і зумовлює зростання об’єму, який займає ідеальний газ.
Об’єднаний газовий закон
Закони Бойля-Маріотта, Шарля та Гей-Люссака, які встановлені експериментально, об’єднуються в одну формулу, яку називають об’єднаним газовим законом.
Для даної маси ідеального газу (m = const) в ході довільного рівноважного термодинамічного процесу величина pV/T залишається постійною:
pV/T = const
Якщо у ході даного процесу маса газу змінюється, то об’єднаний газовий закон набуває наступного вигляду:
pV/(mT) = const
Домашня робота : Конспект і параграф 38
Завдання надсилайте по вайберу , або на електрону пошту k120208h@ukr.net
ВИКОНАТИ ДО 21.04.2020
21.04.2020 Тема :Внутрішня енергія тіла
Мета: формування знань учнів про внутрішню енергію та способи її зміни, поняття теплопередачі та її видів, кількості теплоти. Виховувати потребу до знань.
Опрацювати параграф 39, законцпектувати
Виконати завдання в кінці параграфа
Завдання виконати до 23.04.2020
23.04.2020 Тема:Перший закон термодинаміки
МЕТА: Встановити зв'язок між зміною внутрішньої енергії системи, роботою і кількістю теплоти, переданої системі.
Опрацювати параграф 40, законспектувати
Виконати завдання в кінці параграфа
Виконати до 27.04.2020
27.04.2020 Тема:Робота термодинамічного процесу
Мета: формування знань про роботу ідеального газу, поняття адіабатного процесу; ознайомлення з першим законом термодинаміки та його застосуванням для різних ізопроцесів
Опрацьовуємо параграф 41
Виконати завдання в кінці параграфа
Виконати до 28.04.2020
28.04.2020 Тема :Теплові машини. Холодильна машина
Мета уроку: ознайомити учнів з тепловими машинами; визначити особливості їхнього функціонування та визначити які фізичні закони лежать в основі роботи теплових двигунів. 1. Основні елементи теплового двигуна. 2. Корисна робота теплового двигуна. 3. ККД теплового двигуна. 4. Холодильники й кондиціонери
Опрацьовуємо параграф 42
Виконати завдання в кінці параграфа
Виконати до 30.04.2020
30.04.2020 Тема:Необоротність теплових процесів.Ентропія
Мета: сформувати поняття про оборотні і необоротні теплові процеси, поглибити знання учнів про теплові двигуни, фізичні знання їх роботи; розвивати розумові операції порівняння, аналізу та синтезу; формувати комунікативні компетентності під час застосування інтерактивних форм роботи та роботи у малих групах.
Опрацювати параграф 43 Виконати завдання в кінці параграфа
Виконати до 04.05.2020
04.05.2020 Тема:Необоротність теплових процесів.Ентропія
Мета: сформувати поняття про оборотні і необоротні теплові процеси, поглибити знання учнів про теплові двигуни, фізичні знання їх роботи; розвивати розумові операції порівняння, аналізу та синтезу; формувати комунікативні компетентності під час застосування інтерактивних форм роботи та роботи у малих групах.
Перший закон термодинаміки — один із найзагальніших фундаментальних законів природи. Наука не знає жодного процесу, в якому хоча б незначною мірою порушувався цей закон. Якщо якийсь процес заперечується першим законом термодинаміки, то це означає, що він ніколи не відбувається. Проте не всякий процес, який не суперечить першому началу термодинаміки у природі, насправді відбувається.
Створення проблемної ситуації
Досліди:
— Рух кульки, підвищеної на нитці.
— У калориметр із холодною водою опускають гаряче тіло.
— Кульку кидають вертикально вниз.
— Пробивають надуту повітряну кульку.
Запитання для обговорення:
1. Які перетворення енергії тут відбуваються?
2. Чи можливе перетворення енергії у зворотному напрямку?
Розгорнуту відповідь напишіть в робочих зошитах
Виконати до 05.05.2020
05.05.2020 Тема:Необоротність теплових процесів.Ентропія
Мета: сформувати поняття про оборотні і необоротні теплові процеси, поглибити знання учнів про теплові двигуни, фізичні знання їх роботи; розвивати розумові операції порівняння, аналізу та синтезу, навчитись розв'язувати задачі
1. Під час згоряння палива в тепловому двигуні виділилася кількість теплоти 200 кДж, а холодильникові передана кількість теплоти 120 кДж. Який ККД теплового двигуна? (40 %)
2. Який максимально можливий ККД двигуна, у якого температура нагрівника 2000 К, а температура холодильника 100 °С? (87 %)
3. Температура нагрівника ідеальної теплової машини дорівнює 477 °С. Якою повинна бути температура холодильника, щоб ККД машини дорівнював 80 %?