Конспект по теме уравнение теплового баланса

План-конспект урока по физике в 8-м классе с применением ИКТ на тему: «Уравнение теплового баланса»

Разделы: Физика

Тип урока: объяснение нового материала.

Форма проведения урока: лекция.

Цели урока: выяснить физическое содержание закона сохранения энергии для тепловых процессов; вывести уравнение теплового баланса.

Задачи:

• способствовать развитию интереса к физике, логического мышления, внимания, памяти, самостоятельности при поиске решения;
• формировать научное мировоззрение;
• формировать умение работать в малых группах.

Средства обучения:

• УМК — Программа МО РФ ОСНОВНОЙ ШКОЛЫ. Физика. 7-9 классы. Авторы:Е.М.Гутник, А.В.Перышкин. Москва, «Дрофа», 2005.
• Учебник «Физика. 8 класс» А.В.Перышкин, «Дрофа», 2006 г.

Оборудование урока:

• Раздаточный материал (задачи).
• Проектор, компьютер, видеоматериалы.
• Электронные уроки и тесты «Физика в школе» раздел «Внутренняя энергия», м/м презентация учителя.
• Microsoft Office Word – XP 2007.
• Microsoft Office Power Point -2007.

Ход урока

Ι. Вводное слово учителя.

1.Тема урока вводится через интригующую загадку Шерлока Холмса. [1]

(Приложение 1. Слайд с Шерлоком Холмсом и его загадкой.)

Выслушав ответы детей, педагог обещает, что в конце урока, они сами решат: правы ли они в своих предположениях.

ΙΙ. Объяснение нового материала.

Рассказ учителя сопровождается показом м/м материалов урока: «Внутренняя энергия» урок 6 («Новый Диск»).

Лекция учителя

М/м показ

1. В начале, необходимо отметить, что среди законов физики, есть такие, которые очень широко применяются в описании поведения тех или иных систем. Одним из таких законов и является закон сохранения энергии в тепловых процессах: то есть энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно. Она только переходит из одной формы в другую и если теплообмен и совершаемая работа происходит только между телами данной системы, то эта система называется изолированной. Для такой системы изменение внутренней энергии равно нулю и суммарная работа в системе тоже равна нулю, соответственно равно нулю и суммарное количество отданного и полученного телами тепла. Для любой изолированной системы при любых изменениях внутри нее внутренняя энергия остается неизменной.

Это и есть закон сохранения энергии в тепловых процессах. Он косвенно подтверждает невозможность остановки теплового движения.

«Внутренняя энергия» урок 6.

2. На последнем уроке мы с вами выполняли лабораторную работу, где высчитывали количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной. Вначале мы рассчитали отдельно количество теплоты в первом случае, потом — во втором, и затем сравнили результаты. Сегодня мы с вами научимся выполнять все эти операции при помощи красивейшего математического уравнения – уравнения теплового баланса.

3. Вызываются помощники из класса для проведения эксперимента.

4. Демонстрационный эксперимент.

Проводится на демонстрационном столе.

Мы знаем, что если привести в соприкосновение два тела разной температуры, то 1-е: теплообмен будет протекать до тех пор, пока температуры обоих тел не сравняются, и 2-е: первое тело будет передавать столько тепла, сколько получит второе тело.

Таким образом, из закона сохранения тепловой энергии получим:

Это соотношение называют уравнением теплового баланса.

Критерием истинности является практика. Поэтому, используя калориметр, смешаем фиксированные массы горячей и холодной воды с заданными температурами, и, затем, минуты через две, измерим температуру смеси t.

Один учащийся выполняет эксперимент, другой записывает «Дано» на доске:

Пусть m₁— масса горячей воды, m₂ масса холодной воды, тогда:

Что мы должны получить в результате эксперимента? В чем убедиться?

Расчетная конечная температура смеси и экспериментальная конечная температура должны совпасть.

После этого используя уравнение теплового баланса, рассчитаем температуру смеси.

0,2*70 — 0,2 t = 0,1 t-0,1*10

Откуда t = 50 o C

Затем, сравнивая измеренное значение с рассчитанным, мы убеждаемся, что

5. Решим задачу (практическая часть объяснения).

Учащиеся решают задачу совместно с учителем.

На экране м/м презентация «Задача».

В ведро налита вода массой 5 кг, температура которой 9 o С. Сколько кипятка надо долить в ведро, чтобы температура воды стала равной 30 o С?

ΙΙΙ. Закрепление изученного.

Открытие тайны Холмса.

Учитель еще раз выслушивает догадки, рассуждения детей и подводит итог.

На экране – разгадка – последний слайд Презентации «Шерлок Холмс».

Домашнее задание.

В воду массой 1,5 кг положили лед, начальная температура которого 0 o C. Начальная температура воды 30 o C Сколько нужно взять льда, чтобы он весь растаял?

Литература

В.И.Елькин «Необычные учебные материалы по физике». Книга 1. Москва, Школа-Пресс, 2001.

Конспект по теме уравнение теплового баланса

Ключевые слова конспекта: количество теплоты, уравнение теплового баланса, закон сохранения энергии в тепловых процессах.

Для механических явлений при определённых условиях выполняется закон сохранения механической энергии: полная механическая энергия системы тел сохраняется, если они взаимодействуют силами тяготения или упругости. Если действуют силы трения, то полная механическая энергия тел не сохраняется, часть её (или вся) превращается в их внутреннюю энергию.

При изменении состояния тела (системы) меняется его внутренняя энергия. Состояние тела и соответственно его внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: в процессе теплопередачи или путём совершения внешними силами работы над телом (работа, например, силы трения). Мерой изменения внутренней энергии тела в процессе теплообмена выступает количество теплоты (Q).

Уравнение теплового баланса

В изолированной системе при смешивании горячей и холодной воды, количество теплоты Q₁, отданное горячей водой, равно количеству теплоты Q₂, полученному холодной водой, т.е.: |Q₁|= |Q₂| . Q₁ (выделенное) 0.

Q_{отданное} + Q_{полученное} = 0

Записанное равенство называется уравнением теплового баланса (эта формула и уравнение, используемое в 8 классе!). Определение: суммарное количества теплоты, которое выделяется в теплоизолированной системе равно суммарному количеству теплоты, которое в этой системе поглощается.

Уравнение теплового баланса связывает количество теплоты, полученное одним телом, и количество теплоты, отданное другим телом при теплообмене. При этом в теплообмене могут участвовать не два тела, а три и более: Q₁ + Q₂ + Q₃ + … = 0

Уравнение теплового баланса – это закон сохранения энергии для процессов теплообмена в термоизолированных системах. Оно даёт возможность определить те или иные величины. В частности, значения удельной теплоёмкости веществ определяют из уравнения теплового баланса.

◊◊◊ Обратите внимание! В более старших классах используется следующее определение «уравнения теплового баланса»: Если в изолированной системе тел не происходит никаких превращений энергии кроме теплообмена, то количество теплоты, отданное телами, внутренняя энергия которых уменьшается, равно количеству теплоты, полученному телами, внутренняя энергия которых увеличивается. При этом суммарная энергия системы не изменяется«. А также используется другая формула уравнения (с учетом интегральной формы Первого начала термодинамики):

Закон сохранения энергии в тепловых процессах

Закон сохранения энергии в тепловых процессах выполняется при нагревании тел за счёт энергии, выделяющейся при сгорании топлива. Топливо — это природный газ, дрова, уголь, нефть. При его сгорании происходит химическая реакция окисления — атомы углерода соединяются с атомами кислорода, содержащимися в воздухе, и образуется молекула оксида углерода (углекислого газа) С0₂. При этом выделяется энергия.

При сгорании различного топлива одинаковой массы выделяется разное количество теплоты. Например, хорошо известно, что природный газ является энергетически более выгодным топливом, чем дрова. Это значит, что для получения одного и того же количества теплоты, масса дров, которые нужно сжечь, должна быть существенно больше массы природного газа. Следовательно, различные виды топлива с энергетической точки зрения характеризуются величиной, называемой удельной теплотой сгорания топлива.

Конспект урока «Уравнение теплового баланса».

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.

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.

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.