"Теплоемкость газов" 10 класс

10 класс

Теплоемкость газов

Цели урока.

Образовательная. Рассмотреть понятия удельной и молярной теплоемкостей газов при постоянных давлении и температуре, получить уравнение Майера. Повторить первое начало термодинамики.

Развивающая. Развитие логического мышления, внимания, формирование умений работать в группе, представлять и отстаивать свои взгляды и убеждения, вести дискуссию

Воспитательная. Формирование рационального мировоззрения, умения работать в группе, внимательно и с уважением относится к мнению одноклассников.

Ход урока.

1. Организационный момент

Здравствуйте, ребята!

Здравствуйте, уважаемые гости!

Готовясь к сегодняшнему уроку я встретила цитату

Древнего мыслителя и философа  Китая  Конфуция. Он утверждал, что 
Три пути ведут к познанию:
Путь размышления – это путь самый благородный,
Путь подражания – это путь самый легкий, 
И путь опыта – это путь самый горький. 

Каждый из нас выбирает свой путь…..

2. Повторение и актуализация знаний по теме «Первое начало термодинамики»

Давайте вспомним материал прошлых уроков. Я предлагаю проделать это в два этапа.

1. разминка «Правда-ложь».  Я читаю пять высказываний, а вы ставите  на бланке, который находится у вас на столах «+», если оно верное, и «-«, если это ложь.

Правда ли, что?

1) Внутренняя энергия в термодинамикетв общем случае наряду с температурой зависит и от объема.  (да)

2) При теплообмене происходит превращение энергии из одной формы в другую. (нет)

3) Закон сохранения и превращения энергии, распространенный на тепловые явления, носит название первого начала термодинамики. (да)

2. Заполните табличку на бланке. Напоминаю, что на три варианта класс делится по колонкам.

Итак, заполняем.

А теперь поменялись своими бланками и проверяем работу своего товарища-соседа. Чтобы Вы могли решить спорные моменты самостоятельно на доске есть эталон.

Вернем работы авторам.

Поднимите руки, кто считает, что успешно справился с работой.

3. Постановка цели урока

Мы уже много раз повторили некоторые физические термины, работа, количество теплоты, внутренняя энергия.

Напомните мне

1)      Первый закон термодинамики

2)      Внутренняя энергия

3)      Количество теплоты…

4)  А сейчас давайте вспомним 8 класс как найти количество теплоты, необходимое для нагревания тела?

Q=mc(t2-t1)

5)  Что такое удельная теплоемкость вещества?

Определение.

6) Что называется теплоемкостью вещества?

Определение.

В газах количество теплоты, передаваемое телу при теплопередаче, не определяет однозначно температуру тела, так как внутренняя энергия тела может изменяться и за счет совершения над ним работы. Поэтому в отличие от такой, например, неизменной характеристики вещества как  молярная масса, удельная теплоемкость зависит от условий, при которых происходит передача тепла.

Давайте рассмотрим эту зависимость. Итак, как мы сформулируем с вами тему и цель урока?

ТЕМА: Теплоемкость газов.

(запишем в тетради число, классная работа, тема урока)

ЦЕЛЬ: Выяснить  зависимость теплоемкости газов от условий протекания теплопередачи.

4. Изучение нового материала

Рассмотрим 2 условия

Изохорный процесс и изобарный процесс.  Найти  удельную теплоемкость газа в этих процессах.

Работа в группах.

Анализ полученных результатов.

сv=iR|2M,

сp=(i+2)R|2M

Посмотрите, удельная теплоемкость зависит от молярной массы.

Теплоемкость одного моля вещества называется молярной теплоемкостью С

Тогда                 С=сМ

 Сv=iR|2,

Сp=(i+2)R|2

Молярные теплоемкости идеальных газов не зависят от характеристик самого газа, а зависят от числа атомов в молекуле.

Сравните молярные теплоемкости.

Y =Cp|Cv=(i+2)|i – коэффициент Пуассона, он пригодится нам на следующих уроках.

Сp=Cv+R  уравнение Майера (1845 год)

Историческая справка Р.Майер.

Рассчитайте удельные теплоемкости при постоянном объеме следующих идеальных газов.

1 вариант) Водород, гелий, азот, углекислый газ, аргон

2 вариант) Азот, углекислый газ, аргон

Давайте сравним с экспериментальными  теплоемкостями.

Видим, что эксперимент хорошо подтверждает теорию.

5. Разминка

Немного отдохнем и устно ответим на ряд вопросов теста.

Какая из величин не измеряется в Джоулях?

1) внутренняя энергия;

2) количество теплоты;

3) работа;

4) сила

Какая формула соответствует записи 1-го закона термодинамики?

1) U=Q+A;

2) U= Q*A;

3) U= Q/A;

4) Q= U2-U1+A

3. Над телом совершен термодинамический процесс, в результате которого тело вернулось в состояние с исходной температурой. В результате такого процесса:

1) работа обязательно равна нулю;

2) количество теплоты обязательно равно нулю;

3) тело изменило объем;

4) изменение внутренней энергии равно нулю.

4. Если содержащий в закрытом сосуде газ нагреть, удерживая пробку, а затем пробку отпустить, то она вылетит. При выталкивании пробки происходит преобразование:

1) потенциальной энергии газа в потенциальную энергию пробки;

2) внутренней энергии газа в потенциальную энергию пробки;

3) внутренней энергии газа в кинетическую энергию пробки$

4) кинетической энергии газа в кинетическую энергию пробки.

6. Закрепление  нового материала

Решение задач.

Задача 1.

Какое количество теплоты необходимо для нагревания на 16К  кислорода массой 7г, находящегося в цилиндре под поршнем, на котором лежит груз. Трение между поршнем и цилиндром не учитывать.

Задача 2.

Одноатомный газ при нормальных условиях занимает объем 5л. Вычислить теплоемкость Cv этого газа при постоянном объеме. Ответ. Cv=2,75Дж/К

7. Вывод.  Что нового узнали на уроке?

8. Домашнее задание.

параграф 32 (стр. 177-182) задачи Рымкевич 637, 638

636 (для тех у кого не возникло трудностей с основным домашним заданием)

МАЙЕР, ЮЛИУС РОБЕРТ

МАЙЕР, ЮЛИУС РОБЕРТ (Mayer, Julius Robert) (1814–1878), немецкий врач, естествоиспытатель. Родился 25 ноября 1814 в Хейльброннс в семье аптекаря. В 1838 окончил Тюбингенский университет и получил степень доктора медицины.

Поворотным событием в жизни Майера стало его участие в плавании на голландском судне на о.Ява в качестве врача. Во время плавания, пуская кровь заболевшим матросам, он обратил внимание на то, что она не была такого темного цвета, какой в умеренных широтах бывает венозная кровь, а приближалась по яркости к артериальной. Это привело его к мысли, что в тропиках организму для поддержания температуры нужно «сжигать» гораздо меньше вещества, чем в странах с умеренным климатом, т.е. что существует связь между потреблением вещества и выделением тепла.

Вернувшись в начале 1841 в Германию, Майер изложил свои мысли о взаимном превращении разных «сил» в письме к своему другу, математику и физику Бауру, а затем набросал краткий очерк своего открытия в виде статьи, которую направил И.Поггендорфу, редактору журнала «Анналы физики» («Annalen der Physik»). Статья называлась О количественном и качественном определении сил. Поггендорф даже не счел нужным ответить Майеру, который просил вернуть рукопись в случае отказа ее напечатать, и она была найдена в бумагах Поггендорфа лишь 36 лет спустя. В статье впервые встречается выражение Майера «разности», что, как видно из контекста, совпадает с современным понятием потенциальной энергии. Это понятие применяется Майером и к другим формам энергии. Особенно важно его утверждение о том, что «разности» не могут исчезать и что те силы, которые ведут к выравниванию их уровней, должны снова воссоздать наличие «разности».

К концу 1841 Майер дает более законченное изложение своих идей в работеЗамечания о силах неживой природы (Bemerkunden über die Kräfte Natur); эта работа появилась в печати в мае 1842 в «Анналах химии и фармации» («Annalen der Chemie und Pharmacie») Ю.Либиха и Ф.Вёлера. В статье содержатся: 1) формулировка о качественном превращении и количественном сохранении сил; 2) новое понимание силы в смысле энергии; 3) эквивалентность сил; 4) количественное определение механического эквивалента теплоты на основе измерения теплоемкости газов. Дальнейшее развитие своих принципов Майер изложил в новой развернутой работе Органическое движение в его связи с обменом веществ (Die organic Bewegung in ihrem Zusammenhange mit dem Stoffwechsel). Имея печальный опыт обращения в «Анналы» Поггендорфа, Майер издал ее отдельной брошюрой на свои средства в 1845. Здесь он полнее и определеннее рассматривает различные «силы» и перечисляет их. Это механическое движение («движение есть сила»), «сила падения», теплота («теплота есть сила»), электричество и, наконец, «химическая разность веществ». Основным источником всех «сил» на Земле Майер считает Солнце; он включает сюда и «силы», действующие в живом организме: «При поглощении кислорода и пищи в организме постоянно происходит химический процесс, результатом которого являются и тепловые, и механические процессы». Таким образом, в этой фундаментальной работе прослеживается круговорот всех известных в то время форм «сил» (энергии) на Земле. В следующей своей работе,Динамика неба, вышедшей в 1848, Майер идет еще дальше и ставит проблему об источнике энергии Солнца и высказывает мысль о связи излучения с потерей массы.

В 1847 в журнале Парижской академии «Доклады» («Comptes rendus») был опубликован отчет Джоуля о превращениях энергии, в котором он совершенно не упоминает Майера. Годом позднее появилась работа Гельмгольца О сохранении силы, тоже без ссылок на Майера. Возник спор о приоритете, который вскоре вышел за рамки чисто научного. Майер нашел в себе силы ответить недругам отдельной брошюрой Замечания о механическом эквиваленте теплоты(Bemerhungen über das mtchanische Aequivalent der Wärme), вышедшей в 1851. По словам Оствальда, «...это сочинение было написано кровью Майера, исчерпав его последние силы». Осенью у Майера обнаружилось воспаление мозга, после чего его поместили сначала в частную лечебницу, а затем в казенную психиатрическую больницу. Научную деятельность он смог возобновить лишь в 1862 в Хейльбронне.

Умер Майер в Хейльбронне 20 марта 1878.

Ф.И.______________________

 «Правда или ложь» 1)_____ 2)_____3)______4)_____5)______

Заполните таблицу          

вариант	название процесса	график	изменение внутренней энергии	работа газа	запись закона	физический смысл записи I закона т-д
1 вариант	изохорный  …= const	нагревание	ΔU…0	А…0
2 вариант	изотермический  …= const	расширение	ΔU…0	А…0
3 вариант	изобарный  …= const	нагревание (расширение)	ΔU…0	А…0

Наименование	Водород	Гелий	Азот	Аргон	Углекислый газ
Cv эксп, Дж/(кг*К)	1,01*104	3,2*103	7,5*102	3,2*102	6,5*102
Cv, Дж/(кг*К)	1,04*104	3,1*103	7,4*102	3,1*102	5,7*102