1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Опрос 5 мин

3. Объяснение 25 мин

4. Закрепление 10 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

II. Опрос фундаментальный:

Второй закон термодинамики.

Вопросы:

1. Какая из формулировок 2 – го закона термодинамики наиболее общая?

2. Возможен ли процесс, когда все переданное системе количество теплоты пошло на работу?

3. Не возникает ли у вас сомнения в справедливости второго закона термодинамики при наблюдении броуновского движения?

4. При образовании циклона или смерча происходит концентрация энергии. Не противоречит ли этот факт второму закону термодинамики?

5. Игра в бильярд начинается с разбивания пирамидки. Казалось бы, стоит разбежавшимся шарам придать те же ускорения, но обратного направления, как они вновь соберутся воедино. Почему этого не происходит?

6. Почему после интенсивного встряхивания ведра с картошкой крупный картофель оказывается наверху, а мелкий внизу? Аналогичные явления наблюдаются и с другими смесями. Не противоречит ли этот факт второму закону термодинамики?

III. Тепловой двигатель – устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию. Прямой процесс – превращение работы в тепло (трение и удар) – человек использовал еще на заре цивилизации, а обратный - 300 лет.

Р абота пара (демонстрация). Работу может совершать и газ. Устройство теплового двигателя (объяснение на модели). В нагревателе порция пара получает количест­во теплоты Q₁ и ее температура становится Т₁. Работа пара (А′) при расширении. Как процесс сделать циклическим? Какую работу необходимо совершить нам (А) для возвращения порции пара в нагреватель? Каков КПД этого цикла (цикл нерадивого ученика)?

Х олодильник. Порция пара отдает холодильнику количество теплоты Q₂ и ее температура становится T₂. Какую теперь работу необходимо произвес­ти для возвращения порции пара в нагреватель? Меньшую! Почему?

Формула для КПД теплового двигателя: А_П = А′ - А = Q₁ – Q₂;

Демонстрация принципа действия простейшего парового двигателя на действующей модели.

Отбирая энергию от нагревателя, мы уменьшаем число возбужденных атомов в нем (температуру), и, следовательно, степень беспорядка (уменьшаем число возможных перестановок). Передавая холодильнику, количество теп­лоты Q₂, мы значительно увеличиваем степень беспорядка в нем (увеличивается число возможных перестановок), Беспорядок во Вселенной возрастает с каждым циклом теплового двигателя.

На практике используются карбюраторные двигатели внутреннего сгорания (цикл Отто) и дизельные двигатели (цикл Дизеля). Объяснение на модели.

Т урбореактивные и ракетные двигатели.

IV. Вопросы:

1. Становится ли прохладнее в зале, когда дамы обмахиваются веерами?

2. Почему во время рабочего хода дизеля давление в цилиндре двигателя падает ниже, чем во время рабочего хода бензинового двигателя?

3. Можно ли человеческий организм рассматривать как тепловой двигатель?

4. Возможны ли космические полеты с использованием двигателя внутреннего сгорания?

5. М ожно ли использовать холодильную машину для охлаждения воздуха в квартире?

6. При растворении в воде некоторых веществ, например, гипосульфита, температура раствора понижается. Если использовать такой раствор в качестве холодильника, а окружающую среду – в качестве нагревателя, можно совершить некоторую работу. После высыхания раствора цикл повторяется. Не кроется ли здесь возможность создания вечного двигателя?

Задачи:

1. С идеальным одноатомным газом проведен замкнутый процесс, состоящий из двух изохор и двух изобар. Определить КПД теплового двигателя, работающего по этому циклу.

р₂ = 2р₁, V₂ = 3V₁.

2. Ц икл бензинового двигателя внутреннего сгорания близок к циклу Отто, состоящему из двух адиабат и двух изохор. Вначале горючую смесь, которую можно, считать идеальным газом, сжимают без теплообмена с окружающей средой, потом изохорно нагревают (при сгорании топлива) на ΔТ₁ = 500 К, затем снова без теплообмена газ расширяется, совершая работу, и наконец, после изохорного охлаждения на ΔТ₂ = - 250 К газ возвращается в исходное состояние. Найти КПД цикла.

Дополнительная задача:

1. КПД тепловой машины, работающей по циклу, состоящему из изотермы 1 – 2, изохоры 2 – 3 и адиабаты 3 – 1, равен η, а разность максимальной и минимальной температур газа в цикле равна ΔТ. Найти работу, совершаемую ν молями идеального одноатомного газа в изотерми­ческом процессе.

V.

§§ 29,30 Упр. 6 № 15 – 16

1. Определите КПД выстрела из ружья.

2. Предложите проект и оцените КПД “ледяного двигателя”, использующего работу, совершаемую водой при замерзании и расширении.

3. Предложите проект и оцените КПД “резинового двигателя”, использующего работу, совершаемую резинкой при его нагревании горячей водой.

4. Предложите проект “резинового двигателя” для речного судна.

5. В полимерный шприц наберите некоторое количество воздуха, после чего сопло плотно закройте пальцем. Если поршень шприца быстро выдвинуть и отпустить, то он возвращается практически в исходное состояние. Если же воздух резко сдавить поршнем, то после отпускания поршень может и не вернуться в исходное состояние. Почему?

"Как вы помните, первый фундаментальный закон термодинамики был сформулирован и теоретически обоснован тремя физиками – Робертом Майером, Джеймсом Прескоттом Джоулем и Германом фон Гельмгольцем; второй закон термодинамики был сформулирован двумя великими физиками – Рудольфом Клаузиусом и Вильямом Томсоном, третий закон я открыл самостоятельно. Это доказы­вает, что четвертого, фундаментального закона быть же может".

Нернст

Урок 9. ЦИКЛ КАРНО

ЦЕЛЬ УРОКА: Дать представление о прямой и обратной машине Карно. Научить учеников рассчитывать КПД теплового двигателя.

ТИП УРОКА: Комбинированный.

О БОРУДОВАНИЕ: микрокалькулятор.

ПЛАН УРОКА:

1. Вступительная часть 1 – 2 мин

2. Опрос 15 мин

3. Объяснение 20 мин