Робота термодинамічного процесу. Перший закон термодинаміки.

Мета. Освітня. Ввести поняття термодинамічного процесу та адіабатного процесу. Пригадати розрахункові формули кількості теплоти при нагріванні та охолодженні, плавленні та кристалізації, випаровування та конденсації, згоранні палива. Ознайомитися з методами розрахунку роботи газу  в теромдинаміці, І законом термодинаміки.

Розвиваюча. Розвивати логічне мислення, вміння систематизувати знання.

Виховна. Виховувати уважність, наполегливість.

Тип уроку. Урок засвоєння нових знань.

Хід уроку

1. Організаційний момент.
2. Актуалізація опорних знань
   1. Який процес називають термодинамічним?
   2. Яку енергію називають внутрішньою? Як розраховують внутрішню енергію ідеального газу?
   3. Що потрібно зробити, щоб змінити внутрішню енергію ідеального газу? Назвіть способи зміни внутрішньої енергії тіла. Як розраховують зміну внутрішньої енергії ідеального газу?
   4. Що таке теплообмін? Назвіть види теплообміну.
   5. Дайте визначення кількості теплоти. Як її позначають, в яких одиницях у СІ вимірюють? Назвіть позасистемну одиницю вимірювання кількості теплоти.
   6. Назвіть формули для розрахунку кількості теплоти при нагріванні (охолодженні), плавленні (кристалізації), випаровуванні (конденсації), згоранні палива.
   7. Що відбувається між тілами, які мають різну температуру й перебувають у контакті? У якому “напрямі” відбувається цей процес?

3. Вивчення нового матеріалу

Робота газу.       A=F_тискуΔh; F_тиску=pS; A=pSΔh; A=pΔV

Під час довільного процесу в ідеальному газі робота чисельно дорівнює площі фігури, обмеженої графіком процесу в координатах pV, прямими V=V₁, V=V₂ та віссю p=0:

A=12(p₁+p₂)∙(V₂-V₁) (4).

Якщо об’єм газу під час процесу зростає, то робота газу додатна, при зменшенні об’єму - від’ємна.

При ізобарному процесі в ідеальному газі p1=p2=p⇒A=p∆V=νR∆T=mMR∆T

Під час ізохорного процесу  V1=V2=V   ⇒ ΔV=0⇒A=0      - газ не виконує роботи.

        І закон термодинаміки: кількість теплоти, що підводиться до системи, йде на зміну внутрішньої енергії та виконання системою роботи: Q=ΔU+A , де ΔU  - зміна внутрішньої енергії системи, А - робота, яку виконує система,  Q - кількість теплоти, що отримує система.

Адіабатним називають процес, що відбувається без теплообміну із зовнішніми тілами: Q=0. При цьому І закон термодинаміки записують так: A= -ΔU, тобто система виконує роботу за рахунок зменшення своєї внутрішньої енергії.

Процес називають необоротним, якщо самовільно він не може протікати лише у певному напрямку.Зворотний до нього процес може відбуватися лише під дією зовнішніх чинників. Наприклад, перетворення механічної енергії у внутрішню, передача енергії від більш нагрітого тіла до менш нагрітого тіла, дифузія тощо.

Робота зовнішніх сил. A’= -A⇒  І закон термодинаміки матиме вигляд: Q=ΔU-A’  або ΔU=Q+A’.

4. Підсумок уроку

1. 1. За якими формулами розраховується робота газу при ізохорному та ізобарному процесах? Як розрахувати роботу під час довільного процесу в ідеальному газі?
   2. Як визначити ККД циклу?
   3. Сформулюйте перший закон термодинаміки. Який вигляд має І закон термодинаміки для ізотермічного, ізобарного та ізохорного процесів?
   4. Який процес називають адіабатичним? Який вигляд матиме І закон термодинаміки для адіабатичного процесу?
   5. Чому робота газу і робота зовнішніх сил над газом відрізняються за знаком?