Classmill - Фізика (Шпера Т. А.)

ІІІ. Вивчення нового матеріалу та формування фізичних понять.
Розвиваюча гра „Продовж твердження...” (початок тверджень висвітлюється на екрані монітора в програмі PowerPoint додаток, проводяться демонстрації щодо способів зміни внутрішньої енергії, складається таблиця додаток).

Виведення та аналіз рівняння для обчислення внутрішньої енергії ідеального газу.
Учитель. Виведемо формулу для обчислення внутрішньої енергії ідеального газу.
За визначенням внутрішня енергія обчислюється за формулою:

U = ∑E_ki + ∑E_pi

де Е_кі, Е_рі – кінетична і потенціальна енергія окремої молекули.
Для ідеального газу Е_рі = 0; тому

1. U = ∑E_ki = NE = (mN_a/M) * (3kT/2) = 3mRT/2M

Е – середня кінетична енергія молекули.

U = 3mRT/2M

Для даної маси газу виконується рівняння:

∆U = 3mR∆T/2M

Для двохатомного ідеального газу:

∆U = 5mR∆T/2M

Для трьохатомного ідеального газу:

∆U = 6mR∆T/2M

Учитель. Проведемо аналіз отриманих результатів. Дайте відповідь на наступні запитання:
- від чого залежить внутрішня енергія ідеального газу? (відповідь: внутрішня енергія ідеального газу залежить від маси газу, молярної маси і температури);
- чи можна ці рівняння використати для реальних газів? (відповідь: для реальних газів потенціальна енергія взаємодії молекул не дорівнює нулю, тому для реальних газів ці рівняння можна використати лише з певними наближеннями).

2.     Робота в термодинаміці
          Учитель. Уявимо собі, що газ знаходиться у вертикальному циліндрі, який закрито нерухомим поршнем площею S. Нехай під дією прикладеної зовнішньої сили F поршень опустився на відстань ∆x , та стиснув при цьому газ. Газ буде стискатися до тих пір, доки сила F не врівноважиться силою, що діє на поршень зі сторони газу і дорівнює pS, де р – тиск газу (якщо переміщення маленьке, то тиск газу можна вважати сталим). Робота газу (А ) при цьому визначається так
F∆x = pS∆x                      A = p∆V
Якщо   газ стискався, то ∆V <0 - робота газу від’ємна;   якщо газ розширювався, то   ∆V > 0 - додатна.

Таким чином, якщо над газом скоюють додатну роботу, то зовнішні тіла передають йому частину своєї енергії. При розширенні газу, навпаки, робота зовнішніх сил від'ємна.

Учитель. Робота в термодинаміці залежить від послідовності станів, які проходить тіло від початкового стану до кінцевого.

2. Фізичний зміст молярної газової сталої.
Учитель. Умова задачі (на дошці): азот масою 280 гр був нагріт при сталому тиску до 100 ⁰С. Визначити роботу газу при розширенні.

A = p(V₂ – V₁), pV = mRT/M, тоді
V₁ = mRT₁/pM і V2 = mRT₂/pM тоді
A = p ( (mRT₂/pM) – (mRT₁/pM ) ) = mR∆T/M
Підставляємо числові значення і отримуємо A = 8,31кДж.

Якщо взяти m = M, ∆T = 1K, тоді A = R, і універсальна газова стала має зміст роботи, яка скоєна кіло молем газу при ізобарній зміні температури на 1 К.