Способы изменения внутренней энергии - Внутренняя энергия

Цель: рассмотреть способы изменения внутренней энергии.

Демонстрации: опыт по нагреванию жидкости в латунной трубке; опыт по выдавливанию пробки из сосуда при помощи воздушного насоса.

Ход урока

I. Повторение. Проверка домашнего задания

Тема предыдущего урока органично связана с новой темой, и поэтому повторение материала не только позволит определить уровень усвоения материала, но и станет органичным переходом к новой теме.

Дополнительно к вопросам по изученному параграфу можно задать и такие, которые заставят учащихся глубже задуматься над содержанием основных понятий и явлений, например:

- Может ли тело, обладая внутренней энергией, не иметь механическую энергию? Приведите примеры.

- Может ли тело иметь механическую энергию, но не иметь внутренней?

- Всегда ли выполняется закон сохранения механической энергии? Полной энергии?

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Демонстрация опытов.

2. Механическая работа как причина изменения внутренней энергии.

3. Изменение внутренней энергии путем теплообмена.

1. Освещение нового материала логично начать с показа опыта по нагреванию эфира в латунной трубке при помощи суровой нити или прочной тканевой ленты. При этом не следует допускать вылета пробки из отверстия. Касаясь стенок трубки, легко заметить, что температура эфира увеличилась. Следовательно, при нагревании тела внутренняя энергия молекул увеличивается.

2. Данный опыт показывает, что внутреннюю энергию можно увеличить за счет совершения механической работы над телом.

Именно такой способ добычи огня использовали наши предки. За счет трения при быстром вращении сухой кусок дерева нагревался более чем на 250 °С, и загорался.

Говоря о возможности увеличения внутренней энергии за счет совершения работы, следует особо отметить, что существует и обратный процесс. Если тело само совершает работу, то при этом его внутренняя энергия уменьшается.

Подкрепляя данный тезис, можно показать опыт, описанный и проиллюстрированный в учебнике на с. 9. Появление тумана в сосуде в момент вылета пробки указывает на уменьшение температуры воздуха. Следовательно, воздух совершил работу по выталкиванию пробки за счет своей внутренней энергии.

3. Есть еще один способ изменения внутренней энергии.

Нагревание чашки, в которую налили горячую воду, камня, брошенного в огонь - все это увеличивает внутреннюю энергию тел. Работа при этом не совершается.

Изменение внутренней энергии тел без совершения над телами работы, называется теплопередачей.

Физика этого процесса проста. При взаимодействии молекул горячей воды с молекулами стенок холодной чашки молекулы воды при ударах передают часть своей кинетической энергии. При этом скорость молекул чашки увеличивается, а скорость молекул воды падает.

Как только температуры чашки и воды станут равными, теплообмен прекращается.

Следует обратить внимание на тот факт, что при теплопередаче (теплообмене) энергия всегда передается от горячего тела к холодному, то есть от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой. Обратный процесс сам собой никогда не происходит.

Чтобы количественно оценивать изменение внутренней энергии, вводят понятие количества теплоты (Q).

Та энергия, которую тело отдает или получает в результате теплообмена, называется количеством теплоты.

Очевидно, что Q измеряется, как и энергия, в джоулях:

[Q] = Дж.

III. Итог урока

Подводя итог уроку, необходимо сделать вывод о том, что существует два способа изменения внутренней энергии:

а) за счет совершения механической работы;

б) за счет теплообмена.

Эти способы равноправны. Мы никогда не можем угадать, за счет чего увеличилась температура тела. Это может быть и результат теплообмена, и результат совершения работы над телом.

Таким образом, изменение внутренней энергии тела всегда происходит за счет энергии других тел: либо при теплопередаче (за счет изменения внутренней энергии), либо при совершении работы (за счет механической энергии).

Домашнее задание

1. § 3 учебника; вопросы и задания к параграфу.

2. Задание 1, с. 10

3. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 929, 934.