Методические особенности темы «Законы термодинамики. Тепловые двигатели» с применением компьютерных технологий

Рассматривая основы термометрии, прежде всего, следует подчеркнуть, что температура является величиной интенсивной и измерить ее путем сравнения с эталоном, как другие физические величины, невозможно.

Далее нужно ознакомить учащихся с принципом построения температурных шкал, свойствами термометрического вещества, отмечая при этом, что измерение температуры основано на учете изменения ряда свойств термометрического вещества при нагревании. При построении термометра предполагается, что объем термометрического вещества, например, ртути или газа, изменяется пропорционально температуре. Проверить это невозможно, но это предположение используется при построении всех температурных шкал, как и условие, при котором двум определенным состояниям термометрического вещества приписывается определенное значение температуры.

Совершенно необходимо обратить внимание учащихся на правила измерения температуры. Прежде всего, следует объяснить, что термометр при измерениях показывает свою собственную температуру, совпадающую с температурой тела, с которым он находится в тепловом равновесии, поэтому не надо торопиться с отсчетом показаний термометра, а выждать, чтобы наступило тепловое равновесие.

Ознакомив учащихся с понятием температуры как внутреннего параметра состояния системы и способами ее измерения, можно вскрыть и молекулярно-кинетическое содержание понятия температуры.

Пользуясь молекулярно-кинетическими представлениями, можно дать наглядное толкование теплового равновесия. Если привести в соприкосновение два газа с различными значениями средней кинетической энергии молекул, то молекулы, движущиеся с большими скоростями, сталкиваясь с молекулами другого газа, будут их ускорять, сами при этом замедляясь. При этом происходит передача внутренней энергии газа с большим значением средней кинетической энергии молекул к газу с меньшим значением этой величины. Наконец, наступает такой момент, когда средние кинетические энергии молекул обоих газов выравниваются. Это и есть состояние теплового равновесия, при котором переход внутренней энергии от одного газа к другому прекращается, хотя столкновения беспорядочно движущихся молекул будут продолжаться. Следует особо подчеркнуть, что, строго говоря, понятие температуры применимо лишь для систем, находящихся в состоянии теплового равновесия.

Очень важно разъяснить учащимся, что понятие температуры не имеет смысла для одной молекулы, а может быть введено лишь для систем, состоящих из множества молекул, поскольку условием теплового равновесия, то есть равенства температур, является равенство средних скоростей, а не скоростей отдельных молекул. Подводя итог, еще раз следует подчеркнуть, что температура - термодинамический параметр, который в рамках молекулярно- кинетической теории может быть выражен через микроскопические параметры состояния системы - среднее значение энергии хаотического теплового движения ее молекул.

При рассмотрении первого начала термодинамики важной методической задачей является раскрытие физического содержания термодинамических понятий - внутренняя энергия, работа, количество теплоты.

С точки зрения молекулярной теории внутренняя энергия представляет собой энергию всех частиц, составляющих систему, то есть в нее входит кинетическая и потенциальная энергия всех структурных элементов системы. Во внутреннюю энергию не входит кинетическая энергия движения системы как целого и потенциальная энергия системы во внешнем силовом поле.

Следует обратить внимание учащихся, что при изучении каких-либо процессов, происходящих в системе, нас интересует не полный запас внутренней энергии, а лишь ее изменение. В тепловых процессах, протекающих при температурах среднего интервала, под изменением внутренней энергии следует понимать изменение кинетической и потенциальной энергии молекул, поскольку остальные составляющие внутренней энергии не изменяются.

Очень важно ввести и термодинамическое понятие внутренней энергии, вытекающее из принципа эквивалентности теплоты и работы. При этом следует особо подчеркнуть, что принцип эквивалентности соблюдается только для круговых стационарных процессов, в результате которых система возвращается в первоначальное состояние. При этом состояние системы в процессе взаимодействия с внешними телами не изменяется.

Важно уяснить, что в каждом состоянии система обладает вполне определенным запасом внутренней энергии, который определяется параметрами данного состояния и не зависит от того пути, по которому система пришла в это состояние. Таким образом, внутренняя энергия - однозначная функция состояния системы. Естественно, что если система совершила круговой процесс, то ее конечное состояние совпадает с начальным. Очевидно, что изменение внутренней энергии системы в таком процессе равно нулю.

Подробно о педагогике:

Цель, задачи, методика и содержание формирующего эксперимента
На основе полученных и сделанных выводах нами была поставлена цель: разработать и апробировать систему занятий и игр, способствующих развитию образной речи детей пяти-шести лет средствами малых форм фольклора. Для достижения цели, были поставлены следующие задачи: 1) выделить направления и этапы ра ...

Механизмы возникновения заикания
До настоящего времени механизмы развития заикания остаются предметом дискуссий специалистов различного профиля - логопедов, невропатологов, психологов и др. Механизмы возникновения заикания, как таковые, сложны и неоднородны. Несомненно одно: заикание — результат предрасполагающих и конкретных разр ...

Современные проблемы и нарушения семейного воспитания
Воспитательной функции семьи придавалось большое значение на всех этапах развития общества. На принципиально новой основе — на равноправии и взаимоуважении супругов — строились взаимоотношения в семье, что создавало благоприятные условия для установления справедливого распределения труда между мужч ...