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

После введения понятия внутренней энергии следует записать выражение внутренней энергии для идеального газа.

Макроскопическая система, находящаяся в состоянии термодинамического равновесия, может изменять свое состояние только в результате внешних воздействий. Важно, чтобы учащиеся уяснили, что с макроскопической точки зрения существуют два принципиально различных способа изменения состояния системы: 1) путем совершения работы над системой или самой системой и 2) путем теплообмена между рассматриваемой системой и другими внешними телами.

Первый способ всегда связан с макроскопическими перемещениями действующих на систему внешних тел. Второй способ изменения состояния системы не связан с изменением относительного расположения системы и взаимодействующих с ней внешних тел, а следовательно, не связан с совершением работы. В этом случае в результате контакта двух различно нагретых тел изменение состояния теплового движения происходит вследствие соударений частиц на границе соприкосновения, при этом никаких макроскопических перемещений не происходит. Два рассмотренных способа сводятся к работе и теплообмену, которые представляют собой две единственно возможные формы передачи энергии.

Рассматривая понятие работы, на конкретных физических примерах следует показать учащимся, что процесс совершения работы есть процесс перехода энергии из одного вида в другой и методически построить изложение материала с учетом следующих моментов:

1) работа является мерой энергии, перешедшей из одного вида в другой;

2) работа зависит от способа перехода системы из одного состояния в другое, то есть является функцией процесса;

3) элементарная работа измеряется величиной РV. Для учащихся с усиленной математической подготовкой полную работу можно представить в виде ;

4) для вычисления работы необходимо знать уравнение процесса;

5) в координатах Р, V работа изображается площадью под кривой процесса;

6) при замкнутом процессе работа не равна нулю, несмотря на то, что система вернулась в исходное состояние.

Особое внимание следует обратить на введение понятия "количество теплоты". Если одно тело имеет более высокую температуру, чем другое, то первое будет передавать часть своей внутренней энергии второму путем молекулярных столкновений. Предположим, что работа при этом не совершается. В этом случае принято говорить, что первое тело передало второму некоторое количество теплоты. Очевидно, что количество теплоты в данном случае равно уменьшению внутренней энергии первого тела или увеличению внутренней энергии второго тела. Количество теплоты при теплообмене тела с окружающей средой характеризует количество энергии, передаваемое тепловым способом. Понятно, что количество теплоты зависит от условий, в которых происходит теплопередача, последнее означает, что количество теплоты является функцией процесса.

Очень важно предостеречь учащихся от ошибки смешивать понятия количества теплоты и энергии хаотического теплового движения, составляющей часть внутренней энергии. Нельзя говорить о количестве теплоты, содержащемся в теле, а можно говорить только о количестве теплоты в процессе теплопередачи. Следует обратить внимание учащихся на то, что в общем случае количество теплоты не представляет собой меру приращения или убыли внутренней энергии. Это определение относится лишь к случаю, когда передача внутренней энергии не сопровождается совершением работы.

После рассмотрения основных понятий и экспериментальных результатов Джоуля и Майера, приведших к установлению принципа эквивалентности, следует сформулировать первое начало термодинамики как универсальный закон сохранения и превращения энергии, подчеркивая при этом не только его опытный характер, но и образец глубокого теоретического обобщения. Современная наука принимает принцип сохранения и превращения энергии как всеобщий, выполняющийся абсолютно строго для всех изолированных систем.

Необходимо обратить внимание учащихся на то, что при описании процессов, происходящих в термодинамических системах с использованием первого начала термодинамики, следует определиться с правилом знаков. Это дело договоренности. Но целесообразно пользоваться общепринятым правилом: работа считается положительной, если она совершается системой, и отрицательной, если она совершается над системой. Количество теплоты положительно, если система получает его в процессе теплопередачи, и отрицательно, если оно передается внешним телам.

Подробно о педагогике:

Основные модели сетевой формы реализации образовательных программ
Образовательная организация ­– образовательная организация, когда обе имеют лицензии на реализацию программ высшего образования; Образовательная организация – организация, осуществляющая воспитание. В этом случае для другой организации воспитание не является основным видом деятельности и она может ...

Возрастные особенности личности
Учет возрастных особенностей ребенка является одним из главных педагогических принципов. Возрастная периодизация дает необходимые знания каждого этапа развития личности. В истории педагогики первым, кто определил и обосновал особенности каждого возрастного этапа, был чешский педагог Ян Амос Коменск ...

Виды практических занятий и методики группового их проведения
Семинарское занятие - это форма учебного занятия, на котором преподаватель организовывает дискуссию вокруг предварительно определенных тем, к которым студенты готовят тезисы выступлений на основании индивидуально выполненных заданий (рефератов). Оно проводиться в аудитории или в учебном кабинете с ...