asyan.org
добавить свой файл
1

Тема уроку: Ізопроцеси в газах

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Дидактична мета: ввести поняття "ізопроцес"; вивчити газові закони.

Завдання:

  1. Навчальні: вивчити газові закони; формувати вміння пояснювати закони з молекулярної точки зору; будувати графіки процесів; розпочати навчання учнів розв’язувати графічні та аналітичні задачі, використовуючи рівняння стану і газові закони.

  2. Виховні: продовжити формування пізнавального інтересу учнів; з метою інтернаціонального виховання звернути увагу учнів, що фізика розвивається завдяки роботам вчених різних країн та історичних часів.

  3. Розвивальні: активізація розумової діяльності, формування алгоритмічного мислення; розвиток вмінь порівнювати, виявляти закономірності, узагальнювати, логічно мислити; навчити застосовувати отримані знання в нестандартних ситуаціях для розв’язування графічних та аналітичних задач.


^ Хід уроку


I. Актуалізація знань

  1. Що є об’єктом вивчення МКТ ? (Ідеальний газ.)

  2. Що в МКТ називається ідеальним газом? (Ідеальний газ – це газ, в якому взаємодією між молекулами можна знехтувати.)

  3. Для того щоб описати стане ідеального газу, використовують три термодинамічних параметра. Які? (Тиск, об’єм температура.)

  4. Яке рівняння пов’язує між собою всі три термодинамічні параметри? (Рівняння стану ідеального газу).

  5. Використовуючи рівняння стану ідеального газу, обчисліть невідомий параметр.

^ IІ. Мотивація навчальної діяльності

Ні один термодинамічний параметр неможна змінити, не змінюючи один, а то і два других параметри. Буває так, що газ даної маси переходить з одного стану в інший, змінюючи лише два параметри, залишаючи третій незмінним. Такий перехід називається ізопроцесом, а рівняння його закономірності - газовим законом.

Ізопроцеси - процеси, які відбуваються при незмінному значенні одного із параметрів.

^ Газовий закон – кількісна залежність між двома термодинамічними параметрами газу при фіксованому значенні третього.

Газових законів, як і ізопроцесів – три. Використовуючи рівняння стану ідеального газу, можна вивести всі три закони за 10 хвилин. Але в історії фізики ці відкриття були зроблені в зворотному порядку: спочатку експериментально було отримано газові закони, і лише потім вони були узагальнені в рівняння стану. Цей шлях зайняв майже 200 років: перший газовий закон було отримано у 1662 році фізиками Бойлем та Маріоттом, рівняння стану – в 1834 році Клапейроном, а більш загальна форма рівняння – в 1874 році Д.І.Менделєєвим.


ІII. Вивчення нового матеріалу

  1. Визначення процесу

  2. Історія відкриття закону

  3. Формула і формулювання закону

  4. Графічне зображення


1. Ізотермічний процес – процес зміни стану термодинамічної системи при сталій температурі.

Для ідеального газу ізотермічний процес описується законом Бойля-Маріотта.

Закон встановлено експериментально до створення молекулярно-кінетичної теорії газів англійським фізиком Робертом Бойлем в 1662 році та французьким абатом Едмоном Маріоттом, який описав незалежно від Бойля аналогічні досліди 1676 році.
^

Закон Бойля-Маріотта (ізотермічний процес, T=const)






Для газу даної маси при сталій температурі добуток тиску на об’єм сталий.


р

р

V




Т12


V


Т1


Т2


0

0

0

Т

Т

ізотерми


Закон Бойля-Маріотта справедливий для всіх газів, а також і для їх сумішей, наприклад, для повітря. Лише при тисках, в кілька сотень раз більших атмосферного, відхилення від цього закону стають суттєвими.


Ізотермічним можна приблизно вважати процес повільного стиску повітря або розширення газу під поршнем насосу при відкачуванні його з посудини. Правда температура газу при цьому змінюється, але в першому наближенні цими змінами можна знехтувати. Використовують закон Бойля-Маріотта у повітряних двигунах.

Газові закони активно працюють не лише в техніці, але й в живій природі, широко застосовуються в медицині.


2. Ізобарний процес – процес зміни стану термодинамічної системи, що протікає при сталому тиску.


Для ідеального газу ізобарний процес описується законом Гей-Люссака.

Закон встановлений в 1802 році французьким фізиком Гей-Люссаком, який визначав об’єм газу при різних значеннях температур в межах від точки кипіння води. Газ тримали в балончику, а в трубці знаходилась крапля ртуті, що закривала газ, який розміщувався горизонтально.


^ Закон Гей-Люссака (ізобарний процес p=const)





Д
p1
ля газу даної маси при сталому тиску відношення об’єму до температури є сталою величиною.


V

p

p




p2



p1
2







V

T

T

0

0

0

ізобари


Ізобарним можна вважати розширення газу при нагріванні його в циліндрі з рухомим поршнем. Сталість тиску в циліндрі забезпечується атмосферним тиском на зовнішню поверхню поршня.


3. Ізохорний процес – процес зміни стану термодинамічної системи, що протікає при сталому об’ємі.

Для ідеального газу ізохорний процес описується законом Шарля.

В 1787 році французький вчений Жак Шарль виміряв тиск різних газів при нагріванні при сталому об’ємі і встановив лінійну залежність тиску від температури, але не публікував дослідження. Через 15 років до таких же результатів прийшов і Гей-Люссак і, будучи на рідкість благородним, настояв, щоб закон називався на честь Шарля.


^ Закон Шарля (ізохорний процес, V=const)





Для газу даної маси при сталому об’ємі відношення тиску до температури є величиною сталою.


p

p

V

V1


V2





V12



V


T

T

0

0

0

ізохори


Ізохорним можна вважати збільшення тиску газу в довільній ємності або в електричній лампочці при нагріванні.


^ IV. Закріплення знань, умінь, навичок.

1. Дано графіки процесів в різних системах координат




Знайти у всіх трьох системах координат:

  1. ізотерми;

  2. ізохори;

  3. ізобари.



2. Чим відрізняються стани А і Б газу даної маси?


р


А

Б



Т

0

3. При температурі 27оС тиск газу в закритій посудині був 75кПа. Яким буде тиск цього газу при температурі - 13оС?


Дано:

V = const

t1 = 27oC

p1 = 75кПа

t2 = -13oC



300oK

75∙103Па

263oC

p2 – ?
Розв’язання:

За законом Шарля: р/Т = const.

р11 = р22,

р1Т2 = р2Т1,

р2 = р1Т21,

р2 = 75∙103∙263/300 = 65кПа.

Відповідь: 65кПа.


V. Підведення підсумків.

  1. Про що нове дізнались? Чого навчились?

  2. Домашнє завдання: