Усі уроки фізики
8 клас

Урок 2/44. Способи зміни внутрішньої енергії

Мета уроку: познайомити учнів із двома способами зміни внутрішньої енергії.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

План уроку

Вивчення нового матеріалу

1. Кількість теплоти

Ми вже знаємо, що внутрішню енергію тіла можна збільшити, виконавши роботу — за допомогою тертя або стиску газу. А коли газ розширюється, він сам виконує роботу, і його внутрішня енергія зменшується.

А чи можна змінити внутрішню енергію тіла, не виконуючи роботи?

Звичайно, можна: так, гарячий чай у склянці остигає — його температура поступово наближається до кімнатної. А ложка, опущена в гарячий чай, нагрівається, її внутрішня енергія збільшується. Але робота при цьому не відбувається.

·   Зміну внутрішньої енергії тіла без виконання роботи називають теплообміном.

При теплообміні відбувається зміна енергії.

·   Енергію, яку одержує або віддає тіло при теплообміні, називають кількістю теплоти.

Кількість теплоти позначають звичайно Q. Якщо в процесі теплообміну внутрішня енергія тіла збільшується, то , а якщо зменшується, то . Кількість теплоти вимірюють у джоулях.

2. Два способи зміни внутрішньої енергії

Потремо долоні дна об одну. Вони нагрілися — отже їх внутрішня енергія збільшилася.

Опустимо в гарячий чай холодну ложку. Молекули гарячої води починають передавати частину своєї кінетичної енергії молекулам металу, і ті починають рухатися швидше.

Кінетична енергія молекул води при цьому зменшується, а кінетична енергія частинок ложки — збільшується. Разом з кінетичною енергією змінюється й внутрішня енергія, але ця зміна відбувається без виконання роботи.

Отже, існують два способи зміни внутрішньої енергії: 1) шляхом виконання механічної роботи; 2) шляхом теплообміну.

Необхідно звернути увагу учнів, що зміна внутрішньої енергії тіла завжди відбувається за рахунок енергії інших тіл: при виконанні роботи — за рахунок механічної енергії; при теплообміні — за рахунок зміни внутрішньої енергії.

3. Види теплообміну

Отже, у процесі теплообміну кількість теплоти може передаватися від більш нагрітого тіла до менш нагрітого. Наприклад, від батареї водяного опалення нагрівається повітря у квартирі. Теплообмін має місце й у природі. Наприклад, теплова течія в океані (Гольфстрим) нагріває повітря біля його поверхні.

Познайомимося з основними видами теплообміну.

Існують три способи теплообміну: теплопровідність, конвекція, випромінювання.

4. Теплопровідність

Познайомимося з першим способом — теплопровідністю.

Поставимо два проблемних досліди:

а) на дерев’яний циліндр наколюємо ряд кнопок, обертаємо його одним шаром паперу (див. рисунок). При короткочасному розміщенні циліндра в полум’ї пальника відбувається нерівномірне обвуглювання паперу. Ставимо питання: «Чому папір, що прилягає до кнопок, обвуглюється менше?»

б) Закріпимо в одному штативі кінець мідного стрижня, а в іншому штативі — кінець сталевого стрижня таких самих розмірів. До кожного стрижня приліпимо знизу воском кілька монеток і будемо нагрівати вільні кінці стрижнів (див. рисунок). Незабаром віск почне плавитися, й монетки почнуть відпадати від стрижнів.

Узагальнюючи відповіді учнів, з’ясовуємо, що при нагріванні відбувається збільшення швидкості руху молекул, з яких складається тіло. Цей рух передається сусіднім молекулам, у результаті швидкість цих молекул й, отже, температура даної частини тіла зростає.

·   Вид теплообміну, обумовлений передачею енергії від одного тіла до іншого або від одних частин тіла до інших у результаті теплового руху й взаємодії частинок, називають теплопровідністю.

Найбільш відмітна властивість теплопровідності: при цьому процесі не відбувається переносу речовини.

Виміри показують, що великою теплопровідністю володіють метали, особливо срібло й мідь. Вода, цегла й скло «проводять тепло» у сотні разів гірше, ніж мідь, і в десятки разів гірше, ніж сталь. Теплопровідність дерева в кілька разів менше, ніж цегли.

Дуже мала теплопровідність газів. Цим обумовлена мала теплопровідність пухнастих тканин, наприклад вовни: між їхніми волокнами багато повітря. З тієї ж причини мала й теплопровідність пористих матеріалів (типу пінопласту), а також снігу, особливо який тільки-но випав. «Теплий» сніжний покрив уберігає взимку від вимерзання ґрунт і рослини (озимі).

Речовини з малою теплопровідністю використовують як утеплювачі й теплоізолятори.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

1.    Що таке кількість теплоти? Яка одиниця кількості теплоти?

2.    Наведіть приклади зміни внутрішньої енергії за допомогою теплообміну.

3.    Наведіть приклади, які речовини мають найбільшу й найменшу теплопровідність.

Закріплення вивченого матеріалу

Поміркуй і відповідай

1. Чому вираз «шуба гріє» є неправильним?

2. Чому в спеку жителі пустелі надягають на себе хутряний одяг?

3. Чому сніг має погану теплопровідність?

Домашнє завдання-1

1. У-1: § 22 (п. 1, 2).

2. Сб-1:

рів1 — № 24.2, 24.8, 25.4, 25.5, 25.6.

рів2 — № 24.14, 24.18, 25.16, 25.17, 25.20.

рів3 — № 24.23, 24.25, 25.31, 25.32, 25.41.

Домашнє завдання-2

1. У-2: §§ 35, 36.

2. Сб-2:

рів1 — № 27.4, 27.5, 27.6, 27.7, 27.15.

рів2 — № 27.16, 27.17, 27.18, 27.19, 27.20.

рів3 — № 27.21, 27.22, 27.23, 27.38, 27.39.

Джерела:

1. Усі уроки фізики. 8 клас./ Кирик Л. А.— Х.: Вид. група «Основа», 2008.— 352 с.