Конспект по теме уравнение состояния идеального газа

Физика. 10 класс

Конспект урока

Физика, 10 класс

Урок 20. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) уравнение состояния идеального газа и уравнение Менделеева — Клапейрона;

2) закон Дальтона, парциальное давление, закон Авогадро;

3) газовые законы и границы их применимости;

4) графики изохорного, изобарного и изотермического процесса;

5) определение по графикам характера процессов и макропараметров идеального газа;

6) применение модели идеального газа для описания поведения реальных газов.

Глоссарий по теме

Уравнение, связывающее три макроскопических параметра давление, объём и температура, называют уравнением состояния идеального газа.

Парциальное давление – давление отдельно взятого компонента газовой смеси, равно давлению, которое он будет оказывать, если занимает весь объем при той же температуре.

Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют газовыми законами (изопроцессами).

Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянной температуре называют изотермическим.

Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном давлении называют изобарным.

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме называют изохорным.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 209 – 218.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. — М.: Дрофа, 2009.

Открытые электронные ресурсы по теме урока:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Уравнение Клапейрона при m = const: отношение произведения давления и объёма к температуре есть величина постоянная для постоянной массы газа:

Если изменяется какой-либо макроскопический параметр газа постоянной массы, то два других параметра изменятся таким образом, чтобы указанное соотношение осталось постоянным.

Отношение произведения давления и объёма к температуре равно универсальной газовой постоянной для одного моля идеального газа.

Уравнение Менделеева при v = 1 моль

Произведение постоянной Больцмана и постоянной Авогадро называется универсальной газовой постоянной.

— уравнение состояния идеального газа.

Уравнение состояния идеального газа получило название «уравнение Менделеева-Клапейрона».

Давление смеси химически невзаимодействующих газов равно сумме их парциальных давлений: закон Дальтона.

где p_i– парциальное давление i-й компоненты смеси.

Парциальное давление – давление отдельно взятого компонента газовой смеси, равное давлению, которое он будет оказывать, если занимает весь объём при той же температуре.

Один моль любого газа при нормальных условиях занимает один и тот же объём равный:

V₀=0,0224м 3 /моль=22,4дм 3 /моль.

Это утверждение называется законом Авогадро

Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют газовыми законами (изопроцессами).

Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянной температуре называют изотермическим.

Для газа данной массы произведение давления на объём постоянна, если температура газа не меняется — закон Бойля – Мариотта.

Изотерма соответствующая более высокой температуре T₁, лежит на графике выше изотермы, соответствующей более низкой температуре T₂.

Если значения давления и температуры в различных точках объёма разные, то в этом случае газ находится в неравновесном состоянии.

Равновесное состояние — это состояние, при котором температура и давление во всех точках объёма одинаковы.

Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном давлении называют изобарным.

Для газа данной массы отношение объема к температуре постоянно, если давление не изменяется — закон Гей-Люссака.

Изобара соответствующая более высокому давлению p₂ лежит на графике ниже изобары соответствующей более низкому давлению p₁.

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме называют изохорным.

При данной массе газа отношение давление газа к температуре постоянно, если объем газа не изменяется — закон Шарля.

Изохора соответствующая большему объему V₂ лежит ниже изохоры, соответствующей меньшему объему V₁.

Примеры и разбор решения заданий

1. Установите соответствие между физическими величинами и приборами для их измерения. К каждой позиции первого столбца подберите нужную позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Конспект урока« Уравнение состояния идеального газа»

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.

Тема: Уравнение состояния идеального газа.

— вывести уравнение Менделеева- Клапейрона

— научить решать задачи по этой формуле.

— расширить кругозор учащихся, развитие логического мышления, интеллекта;

— уметь проводить сравнения, делать вводы;

— развить монологическую речь, уметь выступать перед аудиторией.

-научить добывать информацию из дополнительной литературы и из Интернета, анализировать её.

Воспитательные: — прививать интерес к предмету физика;

— научить самостоятельности, ответственности, уверенности;

— создать ситуацию успеха и дружеской поддержки в процессе урока

Оборудование и наглядные пособия:

Компьютер, видеопроектор, экран, презентация «Температура и ее измерение»

1.Тема урока, цель, задачи, содержание.

2. Проверка домашнего задания. Повторение изученного.

а) Презентация учащихся. «Температура и ее измерение»

б)У доски: физический диктант

1.Какая температура по шкале Кельвина соответствует температуре по шкале Цельсия:

2 .Какая температура по шкале Цельсия соответствует температуре по шкале Кельвина по абсолютной шкале:

1. 15К 2. 250К 3. 400К 4.304К

в) Фронтальный опрос

1. Что называется идеальным газом?

2.Назовите условия при которых газ можно считать идеальным.

3.Что называется концентрацией молекул?

4.Почему барабанная перепонка уха не продавливается бомбардирующими ее молекулами воздуха?( Барабанная перепонка уха человека не продавливается бомбардирующими ее молекулами воздуха, так как давления по обе стороны барабанной перепонки примерно равны.)

5.На высоте порядка сотен километров над Землей молекулы атмосферы имеют кинетическую энергию, которой соответствует температура порядка тысяч градусов Цельсия. Почему на такой высоте не плавятся искусственные спутники Земли?

(Спутники не плавятся, потому что на таких высотах концентрация молекул очень мала .)

в) трое учащихся выполняют на компьютерах тест «Молекулярная физика»( диск «Физикон)

3.Объяснение нового материала

Какова масса воздуха в нашем классе?

Ответы записать на доске. Выяснить после решения этой задачи, кто был прав?

1.Три фрагмента из электронного учебника ( Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., 10 -11 КЛ)

Молекулярная картина теплообмена 1.

Молекулярная картина теплообмена 2.

Молекулярная картина теплообмена 3.

2.Вывод уравнения Менделеева- Клпейрона

Уравнением состояния называется уравнение, связывающее параметры физической системы и однозначно определяющее ее состояние.

В 1834 г. французский физик Б. Клапейрон , работавший длительное время в Петербурге, вывел уравнение состояния идеального газа для постоянной массы газа. В 1874 г. Д. И. Менделеев вывел уравнение для произвольного числа молекул.

В МКТ и термодинамике идеального газа макроскопическими параметрами являются: p, V, T, m.

Мы знаем, что . Следовательно, . Учитывая, что , получим: .

Произведение постоянных величин есть величина постоянная, следовательно: — универсальная газовая постоянная (универсальная, т.к. для всех газов одинаковая).

4. Решение задач.

Решить следующие задачи:

1.Какова масса воздуха в нашем классе?

Дано: воздух Решение

h =3м V = ав h = 162м 3 закон Менделеева — Клайперона

М=0,029 кг /моль Выразим массу

t =22° C Т= t + 273 =295К

Р=10 5 ПА m =10 5 ·162· 0,029 кг/8,31·295=191,6 кг

R =8,31 Ответ: 191,6 кг

Выяснить, кто был прав.

2. Определите давление 8кг кислорода О ₂ , заключенного в

сосуд емкостью V =2м 3 при температуре 47 °С.

3. Определите объем т = 2\кг азота при t = 7°С Си давлении

4. Определите массу кислорода О ₂ ,заключённого в баллон,

емкостью V = 3 м 3 при температуре t =27°С и давлении

5. Самостоятельная работа

1.Определите объем 4 кг кислорода О ₂ , при температуре 17°С и давлении 2,9 ·10 5 Па (молярная масса кислорода равна 32·10· -3 кг/моль)

2. Найти массу углекислого газа при температуре Т=288к и давлении Р=9· 10 5 Па

6.Подведение итогов урока. Домашнее задание.

Анализ и оценка деятельности учащихся на уроке. Учащиеся обсуждают вместе с учителем результативность урока, оценивают свою деятельность

. 1.Сколько правильных ответов вы получили?

Тема: «Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы»

Разделы: Физика

Цели:

Установить зависимость между параметрами, определяющими состояние газа.

Сформулировать законы для изопроцессов в газе.

Задачи урока:

Образовательные:

• продолжить формирование понятия макросистемы;
• продолжить формирование умения объяснять законы с молекулярной точки зрения;
• изображать графики изопроцессов.

Развивающие:

• развитие познавательного интереса;
• развитие интеллектуальных способностей учащихся;
• развитие предметных и общенаучных умений и навыков;
• развитие навыков самообразования.

Воспитательные:

• формирование коммуникативных качеств, культуры общения;
• воспитание ответственности у учащихся не только за свои знания, умения, но и за знания каждого обучаемого.

План лекции; (на доске)

• вывод уравнения Менделеева – Клапейрона;
• газовые законы: изотермический
• изобарный;
• изохорный.

Ход урока

I. Организация учебной деятельности учащихся на уроке.

Сообщение темы, цели, задач урока. Стимулирование мотивации учебной деятельности при обучении.

II. Проверка знаний и умений.

Организация самостоятельной работы.

III. Изучение нового материала.

Изложение нового материала сопровождается показом фрагментов изопроцессов [3]

Учитель: (вопросы для повторения)

1. Основное уравнение МКТ имеет вид: , где .

2. Температура — мера средней кинетической энергии. Почему?

, , измеряется в Дж, давно известно, что температура измеряется в , а теперь мы знаем ,что и в К.

3. Как связана абсолютная шкала и шкала Цельсия?

Задача урока: охарактеризовать состояние идеального газа через макропараметры (p, V, T)

Запишем зависимость давления газа от концентрации молекул и температуры

подставляем вместо n

преобразуем

,

где -универсальная газовая постоянная

-уравнение состояния идеального газа или уравнение Менделеева-Клапейрона.

Из данного уравнения вытекает связь между давлением, объемом и температурой идеального газа, который может находиться в двух любых состояниях.

Рассмотрим систему , находящуюся в двух состояниях, с параметрами p, V, T.

Запишем уравнения для двух состояний.

поделим первое на второе

при уравнение Клапейрона.

(Учащиеся самостоятельно делают вывод и формулируют определение).

Определение: при фиксированной массе отношение произведения давления и объема на температуру есть величина постоянная.

С помощью уравнения состояния идеального газа можно исследовать процессы, в которых масса газа и один из трех параметров – давление, объем или температура – остаются неизменными.

Определение: количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют газовыми законами (изопроцессамия).

Рассмотрим каждый из процессов

Изотермический процесс

(процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянной температуре) [3]

сформулируем определение. (учащиеся формулируют самостоятельно)

определение: для газа данной массы произведение давления на объем постоянна, если температура газа не меняется.- закон Бойля – Мариотта.

— изотерма, изображает обратно пропорциональную зависимость, график находится в первой четверти т.к. величины p,V положительны.

Вывод: (учащиеся самостоятельно по первому рисунку)

изотерма соответствующая более высокой температуре , лежит на графике выше изотермы, соответствующей более низкой температуре . Построим графики в координатах PT, VT.

(процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном давлении). [3]

Определение: для газа данной массы отношение объема к температуре постоянно, если давление не изменяется.

прямолинейная зависимость.- закон Гей-Люссака (1802г)

Вывод: (самостоятельно по рисунку 2)

изобара соответствующая более высокому давлению лежит на графике ниже изобары соответствующей более низкому давлению . Построим графики в координатах PT, PV,Vt.

(процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме). [1]

Определение: при данной массе газа отношение давление газа к температуре постоянно, если объем газа не изменяется.- закон Шарля (1787г.)

Вывод: изохора соответствующая большему объему лежит ниже изохоры, соответствующей меньшему объему . Построим графики в координатах PV, VT, Pt.

IV. Повторение опорного конспекта.

V. Закрепление знаний.

VI. Домашнее задание

§70,71 упр.13(1-7), конспект

Литература.

1. Мякишев Г.Я. Физика: учеб. Для 11 кл. общеобразоват. учреждений / Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев. – 12-е изд. – М.: Просвещение, 2005.
2. Сборники задач.
3. CD – диск: Образовательная коллекция. Полный интерактивный курс физики. Физикон. “Открытая физика 1. 1” под. Ред профессора МФТИ С.М. Козелла.