Термодинамиканың бірінші заңын оқып-үйренудің әдістемесі

Жоғарғы сынып оқушыларында табиғаттың іргелі зандарының бірі энергияның сақталу заңын қалыптастыруды термодинамиканың бірінші заңын оқып үйренуде одан ары жалғастарады.

Термодинамиканың бірінші заңын оқып үйренбестен бұрын, оқушыларды қызықтыру үшін тұйық жүйедегі механикалық процестердегі энергияның сақталу заңын қайталаған жөн. Одан ары жүйенің ішкі энергиясын өзгерту жолдары негізгі мектептің 8-сыныбында өтілгендіктен, бұл жерде оны қайталайды және жалпылайды. Оқушыларды ішкі энергия, не жылу алмасу процесінде, не жүмыс істеу арқылы немесе жылу алмасу және жұмыс істелу процестері бір мезгілде жүргенде өзгереді деген қорытындыға алып келу керек.

Әр процестегі ішкі энергияның өзгеру өлшемі не болатынын таңдау қажет. Оқушылар ішкі энергия жұмыс істеу арқылы өзгергенде өлшемі - істелген жұмыс, ал жылу алмасу арқылы өзгергенде өлшемі - жылу мөлшері деген қорытынды жасайды. Осы шамалардың таңбасы туралы қайталанады, жүйеге жылу мөлшері берілсе (Q>0) оң таңбалы, ал жүйеден жылу алынса (Q<0) теріс таңбалы болады.

Жүйедегі жұмыс сыртқы күштердің әсерінен істелсе, (А>0) оң
таңбалы, яғни ғаз сығылса, егерде ғаз ұлғайса, онда сыртқы күштің
жұмысы (А<0) теріс болады.;

Әртүрлі мысалдарды қарастыра отырып, термодинамиканың бірінші заңын қорытындылайды. Жүйенің ішкі энергиясының өзгерісі, жүйеге берілген жылу мөлшерінің және сыртқы күштердің жүйемен істеген жұмысының қосындысына тең болады.

мұндағы ішкіэнергияныңөзгерісі. Бұлформуланыбасқашадажазуғаболады:

,

Жүйеге берілген жьшу мөлшері оның ішкі энергиясын өзгертуге және жүйенің сыртқы денелермен жұмыс істеуіне жұмсалады.

Термодинамиканың бірінші заңы және оны изопроцестерге қолдану.

Термодинамиканың бірінші заңын изопроцестерге қолданбай тұрып, нақты мысалдарды қарастырамыз. Мысалы, калориметрдегі сулардың араласуы, суды спиртовка арқылы қыздыру немесе қатты денені соғу арқылы қыздыру жағдайларын тәжірибелер жасап, ішкі энергияның өзгерісі неге тең екенін талдау қажет. Одан ары идеал ғаздарға изопроцестерді қолдану мысалдарын қарастырамыз.

1) Изөтермдік процесс.

Изөтермдік процесте температура түрақты (T=const), сондықтан = 0, яғни ішкі энергия өзгермейді. Егерде жүйеге жылу мөлшері берілсе, онда ғаз ұлғайып жұмыс істейді. Істелген жұмыстаң шамасы 24-суреттегі изөтермнід астындағы штрихталған ауданға тең Q=A'.

Егер ғаз жылу алса (Q>0), онда ол оң жүмыс атқарады, яғни А' >0, ал керісінше ғаз қоршаған ортаға жылу берсе, онда Q<0 және

А' <0.

2) Изобарлық процесс. Идеал ғазды изобарлық қыздырған кезде, жүйеге берілген жылу мөлшері оиың энергиясын өзгертуге және тұрақты қысымда ғазды ұлғайтып жұмыс істеуге жұмсалады. Ұлғайған кездегі жүмыс оң

(А' >0) және А' = р V формуласымен есептеледі. 25-суреттен жұмыстың мәні штрихталған төртбұрыштың ауданына тең екені

көрініп түр.

Бұл процесте ішкі энергияның өзгерісі:

24-сурет 25-сурет

Изобарлық суыту кезінде жүйенің ішкі энергиясы кемиді. Жүйенің берген жылу мөлшері жүйенің ішкі энергиясын өзгертуге

және сыртқы күштердің ғазды сығуына жұмсалады. Бұл жағдайда жылу мөлшері және жұмыс теріс, ал жүйенің ішкі энергиясы кемиді.

3) Изохорлык, процесс. Изохорлық процесте (26-сурет) көлем өзгермейді, сондықтан да ғаздың жұмысы нөлге тең, ал ішкі энергияның өзгерісі жылу мөлшеріне тең болады. = А.

Егер ғаз қызса, жылу мөлшеріQ және ішкі энергияның өзгерісі оң таңбалы, яғни ішкі энергия артады, ал ғазды суытқанда жылу мөлшері Q<0 және < 0 теріс таңбалы ішкі энергия кемиді.

4) Адиабаттық процесс. Адиабаттық процесте (27-сурет) ортамен жылу алмасу болмайды, сондықтан да Q=0. Ал ішкі энергиятек жұмыс істеу арқылы өзгереді. Мүнда ғаз үлғайғанда оң жүмыс (А>0) істелді, ал оның ішкі энергиясы азаяды, демек ғаз суынады.

Ғаз сығылған кезде күштер оң, ал ғаз теріс жұмыс істейді. Жүйенің ішкі энергиясы артады, ғаз қызады. 27-суретте адиабаттың және изөтермнің графиктерінен, адиабаттық ұлғаю кезінде изогермдік ұлғшомен салысшрғавда аз, ал адиабаттық сығылу кезінде көп екені көрініп түр.

Бекітуге графиктік есептерді шығару арқылы оқушыларды формуладағы шамалардың таңбасын анықтауға, ғаз қыза ма, жүйе жылу мөлшерін ала ма, ішкі энергия арта ма, кеми ме, жүмыс істеле ме?- деген сүрақтарды талдау қажет.

Термодинамиканың бірінші заңын меңгеруге, есептеу есептерін шығару көмектеседі.

Қорытындысында термодинамиканың бірінші заңын изопроцестерге қолдану оқушылардың жылу қозғалтқыштарының жұмыс істеу принципін түсінулеріне негіз болады. Әрі мектеп оқушыларын жылу әнергетикасының физикалық негізімен таныстырады.

Date: 2016-05-23; view: 1443; Нарушение авторских прав