Уравнение теплового баланса 10 класс конспект (6 видео)

Содержание

Уравнение теплового баланса 10 класс конспект
План-конспект урока физики в 10 классе. » Количество теплоты. Уравнение теплового баланса»
Приложение 2.
Методическая разработка урока по теме «Количество теплоты»
Просмотр содержимого документа «Методическая разработка урока по теме «Количество теплоты»»
🎥 Видео

Видео:10 класс, 10 урок, Уравнение теплового баланса без учета изменения агрегатного состояния веществаСкачать

Уравнение теплового баланса 10 класс конспект

«Физика — 10 класс»

В каких процессах происходят агрегатные превращения вещества?
Как можно изменить агрегатное состояние вещества?

Изменить внутреннюю энергию любого тела можно, совершая работу, нагревая или, наоборот, охлаждая его.
Так, при ковке металла совершается работа, и он разогревается, в то же время металл можно разогреть над горящим пламенем.

Также если закрепить поршень (рис. 13.5), то объём газа при нагревании не меняется и работа не совершается. Но температура газа, а следовательно, и его внутренняя энергия возрастают.

Внутренняя энергия может увеличиваться и уменьшаться, поэтому количество теплоты может быть положительным и отрицательным.

Процесс передачи энергии от одного тела другому без совершения работы называют теплообменом.

Количественную меру изменения внутренней энергии при теплообмене называют количеством теплоты.

Молекулярная картина теплообмена.

При теплообмене на границе между телами происходит взаимодействие медленно движущихся молекул холодного тела с быстро движущимися молекулами горячего тела. В результате кинетические энергии молекул выравниваются и скорости молекул холодного тела увеличиваются, а горячего уменьшаются.

При теплообмене не происходит превращения энергии из одной формы в другую, часть внутренней энергии более нагретого тела передаётся менее нагретому телу.

Количество теплоты и теплоёмкость.

Вам уже известно, что для нагревания тела массой т от температуры t₁ до температуры t₂ необходимо передать ему количество теплоты:

При остывании тела его конечная температура t₂ оказывается меньше начальной температуры t₁ и количество теплоты, отдаваемой телом, отрицательно.

Коэффициент с в формуле (13.5) называют удельной теплоёмкостью вещества.

Удельная теплоёмкость — это величина, численно равная количеству теплоты, которую получает или отдаёт вещество массой 1 кг при изменении его температуры на 1 К.

Удельная теплоёмкость газов зависит от того, при каком процессе осуществляется теплопередача. Если нагревать газ при постоянном давлении, то он будет расширяться и совершать работу. Для нагревания газа на 1 °С при постоянном давлении ему нужно передать большее количество теплоты, чем для нагревания его при постоянном объёме, когда газ будет только нагреваться.

Жидкие и твёрдые тела расширяются при нагревании незначительно. Их удельные теплоёмкости при постоянном объёме и постоянном давлении мало различаются.

Удельная теплота парообразования.

Для превращения жидкости в пар в процессе кипения необходима передача ей определённого количества теплоты. Температура жидкости при кипении не меняется. Превращение жидкости в пар при постоянной температуре не ведёт к увеличению кинетической энергии молекул, но сопровождается увеличением потенциальной энергии их взаимодействия. Ведь среднее расстояние между молекулами газа много больше, чем между молекулами жидкости.

Величину, численно равную количеству теплоты, необходимой для превращения при постоянной температуре жидкости массой 1 кг в пар, называют удельной теплотой парообразования.

Процесс испарения жидкости происходит при любой температуре, при этом жидкость покидают самые быстрые молекулы, и она при испарении охлаждается. Удельная теплота испарения равна удельной теплоте парообразования.

Эту величину обозначают буквой r и выражают в джоулях на килограмм (Дж/кг).

Очень велика удельная теплота парообразования воды: r_Н20 = 2,256 • 10 6 Дж/кг при температуре 100 °С. У других жидкостей, например у спирта, эфира, ртути, керосина, удельная теплота парообразования меньше в 3—10 раз, чем у воды.

Для превращения жидкости массой m в пар требуется количество теплоты, равное:

При конденсации пара происходит выделение такого же количества теплоты:

Удельная теплота плавления.

При плавлении кристаллического тела всё подводимое к нему тепло идёт на увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул. Кинетическая энергия молекул не меняется, так как плавление происходит при постоянной температуре.

Величину, численно равную количеству теплоты, необходимой для превращения кристаллического вещества массой 1 кг при температуре плавления в жидкость, называют удельной теплотой плавления и обозначают буквой λ.

При кристаллизации вещества массой 1 кг выделяется точно такое же количество теплоты, какое поглощается при плавлении.

Удельная теплота плавления льда довольно велика: 3,34 • 10 5 Дж/кг.

«Если бы лёд не обладал большой теплотой плавления, то тогда весной вся масса льда должна была бы растаять в несколько минут или секунд, так как теплота непрерывно передаётся льду из воздуха. Последствия этого были бы ужасны; ведь и при существующем положении возникают большие наводнения и сильные потоки воды при таянии больших масс льда или снега». Р. Блек, XVIII в.

Для того чтобы расплавить кристаллическое тело массой m, необходимо количество теплоты, равное:

Количество теплоты, выделяемой при кристаллизации тела, равно:

Уравнение теплового баланса.

Рассмотрим теплообмен внутри системы, состоящей из нескольких тел, имеющих первоначально различные температуры, например теплообмен между водой в сосуде и опущенным в воду горячим железным шариком. Согласно закону сохранения энергии количество теплоты, отданной одним телом, численно равно количеству теплоты, полученной другим.

Отданное количество теплоты считается отрицательным, полученное количество теплоты — положительным. Поэтому суммарное количество теплоты Q1 + Q2 = 0.

Если в изолированной системе происходит теплообмен между несколькими телами, то

Уравнение (13.10) называется уравнением теплового баланса.

Здесь Q₁, Q₂, Q₃ — количества теплоты, полученной или отданной телами. Эти количества теплоты выражаются формулой (13.5) или формулами (13.6)—(13.9), если в процессе теплообмена происходят различные фазовые превращения вещества (плавление, кристаллизация, парообразование, конденсация).

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Основы термодинамики. Тепловые явления — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Видео:10 класс, 11 урок, Уравнение теплового баланса с учетом изменения агрегатного состояния веществаСкачать

План-конспект урока физики в 10 классе. » Количество теплоты. Уравнение теплового баланса»

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

«Актуальность создания школьных служб примирения/медиации в образовательных организациях»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

План-конспект урока физики в 10 классе.

Тема урока : Количество теплоты. Уравнение теплового баланса

Тип урока : комбинированный.

Обучающая: систематизировать знания, полученные учащимися при изучении темы « Внутренняя энергия » в 8 классе, познакомить с формулой УТБ, объяснить его суть, обучать применять при решении задач

Развивающая : развивать логическое мышление., практические умения и навыки в ходе решения графических задач. Развитие познавательной деятельности учащихся. Формировать философское понимание фундаментальных понятий тепла и света.

Воспитательная: формировать коммуникативных умения в условиях групповой работы, умение слушать собеседника, развивать духовно-нравственные качества.

актуализировать знания путем разгадывания кроссворда;

в ранее изученных формулах количества теплоты для различных процессов определять табличную физическую величину;

определить динамику внутренней энергии тел при различных тепловых процессах;

изучить формулу УТБ ,определить знаки динамики количества теплоты;

увидеть аналогию УТБ и ЗСЭ;

применять данные физических таблиц для решения графических задач;

ознакомиться с образцом решения текстовой задачи открытого типа решения на УТБ ;

Методы обучения : проблемно-поисковый (исследовательский), наглядно-словесный.

Формы организации познавательной деятельности на уроке : работа в группах

Оборудование: карточки – шаблоны с кроссвордами и графиками тепловых процессов.

Карточка-шаблон учащегося прилагается. Приложение 2.

Задача-образец открытого типа решения. Записываем краткое условие и выясняем, какие тепловые процессы происходят с телами замкнутой системы.

Сколько водяного пара, имеющего температуру 120 ° С, надо впустить в калориметр, содержащий 800 г льда при температуре — 20 ° С, чтобы температура образовавшейся воды оказалась 20 ° С? Теплоёмкостью калориметра пренебречь .

Домашнее задание : завершить решение задачи, записав УТБ и выполнив расчет.

Рефлексия : притча о Боге и Эйнштейне ( слушают или смотрят видеоролик). Приложение 3.

Сколько водяного пара, имеющего температуру 120 ° С, надо впустить в калориметр, содержащий 800 г льда при температуре — 20 ° С, чтобы температура образовавшейся воды оказалась 20 ° С? Теплоёмкостью калориметра пренебречь.

m ₁ = 0,8 кг

Решение

1. Так как теплоемкостью калориметра можно пренебречь, то систему лед — пар можно считать теплоизолированной: теплообмен происходит только между паром и льдом.

2. Получают теплоту тела:

— лёд, нагреваясь от –20 0 С до температуры плавления: Q ₁ = c ₁ m ₁ (0 — t ₁ );

— лёд, превращаясь в воду при температуре плавления: Q ₂ = l m ₁ ;

— вода, образовавшаяся из льда, нагреваясь от 0 ° С до 20 ° С: Q ₃ = с₃ m ₁ ( q — 0).

3. Отдают теплоту тела:

— пар, остывая от 120 ° С до температуры конденсации: Q ₄ = c ₂ m ₂ ( t ₂ — 100);

— пар, превращаясь в воду при 100 ° С: Q ₅ = Lm ₂ ;

— вода, образовавшаяся из пара, остывая от 100 ° С до 20 ° С: Q ₆ = c ₃ m ₂ (100 — q ).

4. Других участников теплообмена нет, поэтому записываем уравнение теплового баланса:

Ответ: Потребуется 140 г водяного пара.

Видео:Урок 112 (осн). Уравнение теплового балансаСкачать

Приложение 2.

1. Были дрова, а получилась зола. Этот процесс называется … топлива. Q = qm

2. Процесс понижения температуры тела. « » Q = cm ( — ), U ⭡ ⭣ const

3. Переход вещества из жидкого состояния в твердое . . « » Q = λ m , U ⭡ ⭣ const

4. Процесс перехода из твердого состояния в жидкое . . « » Q = λ m , U ⭡ ⭣ const

5. Процесс превращения пара ( газа ) в жидкость . « » Q = r m , U ⭡ ⭣ const

6. Процесс превращения жидкости в пар ( газ) . . « » Q = r m , U ⭡ ⭣ const

7. Процесс повышения температуры тела. « » Q = cm ( — ), U ⭡ ⭣ const

8. Состояние системы, при котором все макроскопические параметры остаются сколь угодно долго неименными называют тепловое …

УТБ – уравнение теплового баланса ⟺

+ + …+ = 0 – общий вид УТБ без учета знаков, с него начинают запись решения задачи.

Преподаватель задал своим студентам такой вопрос:
— Всё, что существует, создано Богом? А раз Бог создал всё, значит Бог создал и зло. И, согласно тому принципу, что наши дела определяют нас самих, значит Бог есть зло.

Преподаватель был очень доволен собой. Он похвалился студентам, что он ещё раз доказал, что вера в благого Бога это миф.

Один студент поднял руку и сказал:
— Могу я задать вам вопрос, профессор?

— Конечно. — ответил преподаватель.

Студент поднялся и спросил:
— Холод существует?

— Что за вопрос? Конечно, существует. Тебе никогда не было холодно? — ответил преподаватель.

Студенты засмеялись над вопросом молодого человека.

Молодой человек ответил:
— На самом деле, сэр, холода не существует. В соответствии с законами физики, то, что мы считаем холодом, в действительности является отсутствием тепла. Человека или предмет можно изучить на предмет того, имеет ли он или передаёт энергию. Абсолютный ноль (-460 градусов по Фаренгейту) есть полное отсутствие тепла. Вся материя становится инертной и неспособной реагировать при этой температуре. Холода не существует. Мы создали это слово для описания того, что мы чувствуем при отсутствии тепла.

Студент продолжил:
— Темнота существует?

— Конечно, существует. — ответил преподаватель.

— Вы опять неправы, сэр. Темноты также не существует. Темнота в действительности есть отсутствие света. Мы можем изучить свет, но не темноту. Мы можем использовать призму Ньютона чтобы разложить белый свет на множество цветов и изучить различные длины волн каждого цвета. Вы не можете измерить темноту. Простой луч света может ворваться в мир темноты и осветить его. Как вы можете узнать, насколько тёмным является какое-либо пространство? Вы измеряете, какое количество света представлено, не так ли? Темнота это понятие, которое человек использует, чтобы описать, что происходит при отсутствии света.

В конце концов, молодой человек спросил преподавателя:

— Сэр, зло существует?

На этот раз, преподаватель неуверенно ответил:
— Конечно, как я уже сказал. Мы видим его каждый день. Жестокость между людьми, множество преступлений и насилия по всему миру. Эти примеры являются не чем иным как проявлением зла.

На это студент возразил:
— Зла не существует, сэр, или, по крайней мере, его не существует для него самого. Зло это отсутствие Бога, оно похоже на темноту и холод, обозначение, созданное человеком чтобы описать отсутствие Бога. Зло это результат отсутствия в сердце человека любви. Это вроде холода, который приходит, когда нет тепла, или вроде темноты, которая наступает, когда нет света.

p. s. Если верить притче, находчивым студентом был не кто иной, как молодой Альберт Эйнштейн.

Видео:89 НЕ ЗНАЮТ этого в Физике: Что такое Количество Теплоты, Теплоемкость, Уравнение Теплового БалансаСкачать

Методическая разработка урока по теме «Количество теплоты»

Методическая разработка урока по теме «Количество теплоты» в 10 классе.

Просмотр содержимого документа
«Методическая разработка урока по теме «Количество теплоты»»

Количество теплоты. Уравнение теплового баланса.

1.Сегодня мы с вами вспомним и обобщим знания по теме «Внутренняя энергия. Количество теплоты». Познакомимся с «Уравнением теплового баланса» и будем решать задачи.

2.Начнем с повторения.

Способы изменения внутренней энергии?

Как меняется внутренняя энергия, когда

а) тело совершает работу;

б) над телом совершают работу?

Мы с вами будем рассматривать теплообмен внутри теплоизолированной системы, состоящей из нескольких тел. В такой системе теплообмен происходит только между телами системы. Через некоторый промежуток времени наступает тепловое равновесие. Устанавливается общая для всех тел системы температура и теплообмен между телами прекращается.

Согласно закону сохранения энергии, количество теплоты, отданное одними телами равно количеству теплоты, полученному другими телами.

Отданное количество теплоты считается отрицательным.

Полученное количество теплоты – положительным.

Если в изолированной системе происходит теплообмен между несколькими телами, то

Это выражение носит название уравнения теплового баланса.

Итак, в каких тепловых процессах тела получают или отдают количество теплоты?

Получают при нагревании, плавлении, парообразовании.

Отдают при охлаждении, кристаллизации, конденсации.

3. Алгоритм решения задач на уравнение теплового баланса.

Записать краткое условие задачи и выразить все величины в СИ.

Определить, какие вещества участвуют в теплообмене.

Определить, какие тепловые процессы происходят с этими веществами, и написать формулы для этих тепловых процессов.

Используя записанные формулы, составить уравнение теплового баланса, из которого выразить искомую величину и вычислить ее.

4.Прежде чем начать решать, давайте вспомним то, что нам сегодня понадобится

В случае чистой воды числовые значения объема в литрах и массы в килограммах совпадают. m = 1 кг

1. В сосуд, содержащий 2л воды при температуре 20°С, вливают горячую воду при 80°С. Каков объем горячей воды, если установилась общая температура 60°С?

В этой и последующих задачах потерями теплоты в калориметре пренебречь.

2. В сосуд, содержащий 2л воды при температуре 20°С, опускают металлический цилиндр массой 1,2кг нагретый до 95°С.Через некоторое время установилась общая температура 25°С. Определить удельную теплоемкость металла.

3. В сосуд, содержащий 2л воды при температуре 20°С, впустили водяной пар при 100°С. Какова масса пара, если установилась общая температура 50°С?

4. В сосуд, содержащий 2л воды при температуре 20°С, положили 10 кусочков льда массами по 50г каждый, взятые из холодильника при температуре -10°С. Какая общая температура устанавливается?

5. Сосуд, содержащий 2л воды при температуре 20°С, поставили на газовую горелку с КПД 50%. Сколько газа надо сжечь, чтобы вскипятить воду?

6. 2л воды при температуре 20°С налили в чайник с мощностью Вт и нагревают в течении 2мин. Определить конечную температуру воды и КПД чайника.

5. Итак, сегодня мы с вами решали задачи на уравнение теплового баланса. В теплоизолированной системе количество теплоты, отданное одними телами равно количеству теплоты, полученному другими телами.