Уравнение теплового баланса 8 класс перышкин

Закон сохранения внутренней энергии. Уравнение теплового баланса Урок физики в 8 классе (автор учебника А.В.Пёрышкин) Учитель: Николина Елена Анатольевна, — презентация

Презентация была опубликована 8 лет назад пользователемАнатолий Шурыгин

Похожие презентации

Презентация 8 класса по предмету «Математика» на тему: «Закон сохранения внутренней энергии. Уравнение теплового баланса Урок физики в 8 классе (автор учебника А.В.Пёрышкин) Учитель: Николина Елена Анатольевна,». Скачать бесплатно и без регистрации. — Транскрипт:

1 Закон сохранения внутренней энергии. Уравнение теплового баланса Урок физики в 8 классе (автор учебника А.В.Пёрышкин) Учитель: Николина Елена Анатольевна, МАОУ СОШ 17 имени Героя Советского Союза генерал-майора В.В.Колесника г. Славянска-на-Кубани Краснодарского края

2 Цели урока познакомиться с законом сохранения внутренней энергии и уравнением теплового баланса; научиться применять полученные знания при решении задач; рассмотреть устройство калориметра; показать роль уравнения теплового баланса в энергетических расчётах теплового баланса Земли, применяемого в астрономии, географии и различных производственных процессах; выяснить значение калориметрических измерений в биологии и медицине

3 Повторение 1. В результате чего изменяется внутренняя энергия пилы при распиливании; внутренняя энергия продуктов, положенных в холодильник? А. теплопередачи; совершения работы Б. совершения работы; теплопередачи В. изменения кинетической энергии пилы; действия холода

4 Повторение 2. Какой вид теплообмена не осуществляется в твёрдых телах? А. теплопроводность Б. конвекция В. излучение

5 Повторение 3. Какой вид теплообмена возможен даже в вакууме? А. теплопроводность Б. конвекция В. излучение

6 Повторение 4. Укажите единицу измерения удельной теплоёмкости вещества А. Дж·кг/ºС Б. Дж/(кг·ºС) В. Дж·ºС/кг

7 Повторение 5. Какое количество теплоты необходимо для нагревания стальной детали массой 0,5 кг на 20ºС? Удельная теплоёмкость стали 500 Дж/(кг·ºС). А Дж Б Дж В. 500 Дж

8 Повторение 6. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании керосина массой 300 г? Удельная теплота сгорания керосина Дж/кг. А. 13, Дж Б. 13, Дж В. 13, Дж

9 Проверка 1. Б 2. Б 3. В 4. Б 5. А 6. В

10 Закон сохранения внутренней энергии При любых процессах, происходящих в изолированной системе, её внутренняя энергия остаётся неизменной

11 Уравнение теплового баланса Количество теплоты, отданное при теплообмене более горячим телом, равно по модулю количеству теплоты, полученному менее горячим телом, т.е. Qпол=׀Qотд׀

12 Калориметр Два цилиндра, разделённые воздушным промежутком; внутренний цилиндр находится на подставке

13 Тепловой баланс Земли учёт в производственных процессах, основанных на использовании энергии солнечного излучения (в установках, превращающих энергию солнечного излучения во внутреннюю энергию пара и воды или же в энергию электрического тока); учёт теплового баланса почвы и приземного слоя воздуха в растениеводстве

14 Значение калориметрических измерений в биологии в биологии вычисляют баланс обмена белков, жиров и углеводов на основе измерений количеств теплоты углекислого газа, азота и мочевины, выделенных человеком

15 Значение калориметрических измерений в медицине важные выводы о жизнедеятельности человека; диагностика некоторых заболеваний с помощью тепловизора (прибора, наглядно показывающего температурные изменения в теле человека)

16 Домашнее задание §11, вопросы упр. 6 (1 – 3) – устно или индивидуальные задания, подготовиться к лабораторной работе 1 (стр.169).

Разработка урока по физике «Расчет количества теплоты, необходимо го для нагревания те ла или выделяемого им при охлаждении. Уравнение теплового баланса». 8-й класс

Разделы: Физика

Класс: 8

Ключевые слова: расчет количества теплоты , уравнение теплового баланса

Урок разработан по учебнику: А.В.Перышкин «Физика. 8 класс».

Цель урока: Знать формулу расчета количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении. Уметь решать задачи на количество теплоты.

Задачи урока: Детально разобрать важнейшую ключевую ситуацию в тепловых явлениях — теплопередачу между двумя телами, в результате которой тела приходят в тепловое равновесие друг с другом и решение задач демонстрационным опытом, развитие физической интуиции школьников.

Тип урока: Урок изучения нового материала.

Форма проведения: Исследовательская работа.

Оборудование: Калориметр, сосуд с горячей водой, стакан с водой комнатной температуры, металлический цилиндр привязанный к нити, термометр, карточки с задачами, мультимедийный проектор.

1. Начало урока: Объявление темы. Организационный момент

2. Получение новых знаний

Начинаем с демонстрационного опыта, сходного с лабораторной работой по измерению удельной теплоемкости вещества. Но не спешим с расчетами: сначала нужно, чтобы ребята хорошо поняли смысл происходящего. Погружаем вынутый из кипящей воды металлический цилиндр в калориметр с водой комнатной температуры и проводим беседу. При этом неторопливо и отчетливо повторяем новые для учеников термины, характеризующие тепловые процессы.

Если ученики не смогут дать ответ, не упрекаем их и даем ответ сами. Проявляем терпение, и оно наверняка будет вознаграждено: ребята начнут проявлять всю большую самостоятельность в ответах.

Учитель: Какое не видимое невооруженным глазом явление сейчас происходит в калориметре.

Учащиеся: Теплопередача, внутренняя энергия переходит от нагретого цилиндра к воде.

Учитель: Можно ли это явление сделать видимым?

Учащиеся: Да, для этого надо опустить в воду термометр: его показание будет увеличиваться. (Прокомментируем заодно двумя-тремя словами значение измерительных приборов: они расширяют возможности наших органов чувств)

Учитель: Какое тело вследствие теплопередачи отдает некоторое количество теплоты?

Учащиеся: Металлический цилиндр; его начальная температура выше, чем температура воды, поэтому он охлаждается.

Учитель: А какое тело получает некоторое количество теплоты?

Учащиеся: Вода; вследствие теплопередачи она нагревается.

Учитель: Как связаны количество теплоты Q_м, отдаваемое цилиндром, и количество теплоты Q_в, получаемое водой? (Напишем рядом на доске обозначения для указанных количеств теплоты, оставив между ними место для знака равенства.) Будем считать,что теплопередачей с окружающей средой можно пренебречь.

Учащиеся: Эти количества теплоты равны.

Учитель: Правильно. (Пишем знак равенства между выражениями для количеств теплоты: Q_м= Q_в.) А откуда следует это равенство?

Учащиеся: Это уравнение теплового баланса,которое является следствием закона сохранения энергии в тепловых явлениях.

Учитель: Точно. Каким же будет результат теплопередачи?

Учащиеся: Цилиндр и вода в калориметре придут в состояние теплового равновесия.

Учитель: Что это означает?

Учащиеся: Температуры цилиндра и воды станут равными.

Учитель: Посмотрим теперь, что мы сможем измерить в нашем опыте. Введем для этого некоторые обозначения. Начнем с металлического цилиндра. Обозначим его массу m_м, начальную температуру t_м, а конечную общую температуру цилиндра и воды t_k. Достаточно ли этих величин, чтобы записать выражение для количества теплоты, отданной цилиндром?

Учащиеся: Нет, потому что оно зависит еще от удельной теплоемкости вещества, из которого сделан цилиндр.

Учитель: Правильно. Обозначим эту удельную теплоемкость c_м. Как тогда записать выражение для количества теплоты Q_м, отданной цилиндром?

Учащиеся: Q_м= c_м m_м(t_м— t_k). (Записываем эту формулу на доске)

Учитель: Хорошо. А как записать выражение для количества теплоты Q_в, полученного водой? Обозначим массу воды m_в, ее начальную температуру t_в, а удельную теплоемкость с_в.

Учащиеся: Q_в = с_вm_в (t_k — t_в) (Записываем эту формулу на доске справа от предыдущей, чтобы потом можно было с помощью небольших изменений «преобразовать» эти две формулы в следующую.)

Учитель: Какой же вид примет теперь уравнение теплового баланса?

Учащиеся: c_м m_м (t_м — t_k)= с_вm_в (t_k — t_в) (Получаем эту формулу на доске из двух предыдущих)

Учитель: Посмотрим теперь на это равенство как на источник задач. Сколько физических величин входит в написанное равенство?

Учащиеся: Семь: удельные теплоемкости c_м и с_в, массы m_м и m_в, начальные температуры t_м и t_в, а также конечная температура t_k.

Учитель: Значит, можно составить семь различных задач: в каждой из них одна физическая величина неизвестна, а все остальные известны. Например в лабораторной работе, которую вы скоро будете делать, неизвестной величиной будет удельная теплоемкость металла из которого сделан цилиндр. Как преобразовать наше уравнение теплового баланса, чтобы найти удельную теплоемкость металла?

Перед лабораторной работой не забудьте попросить учеников повторить вывод этой формулы. Напомните им, что в этом опыте и в лабораторной работе мы пренебрегаем количеством теплоты, которое получил внутренний стакан калориметра.)

Поможем ребятам сформулировать другие задачи. Нужно постараться, чтобы в них были достаточно простые числовые данные. Приведем примеры (с общей оговоркой, что можно пренебречь теплообменом с окружающей средой).

3. Обобщение и закрепление нового материала

(Используем мультимедийный проектор и экран для проверки хода решения и ответов задач)

Решим несколько таких задач:

Задача №1. Смешали 6 кг холодной воды, имеющей температуру 8 o С, с 2 кг горячей воды при температуре 80 o С. Определите конечную температуру смеси.

Решение: Обозначим температуру и массу холодной воды через t₁ и m₁. Горячей воды через t₂ и m₂

Q₁ = с₁m₁ (t₂ -t_k) — количество теплоты полученное холодной водой.

Q₂ = с₂m₂ (t_k -t₁) — количество теплоты, отданное горячей водой. Количество теплоты, отданное горячей водой, равно количеству теплоты, полученному холодной водой.

Обе части уравнения сокращаем на с₁, получаем m₁ (t₂ — t_k) = m₂ (t_k — t₁) Решая уравнение и подставив численные значения получаем ответ: конечная температура смеси 26 o С.

Задача №2. Для ванны необходимо приготовить воду с температурой 36 o С. Из горячего крана смесителя идет вода при температуре 80 o С, а из холодного — при температуре 8 o С. Сколько надо взять горячей воды, чтобы приготовить ванну, если для этого требуется 196 кг холодной воды?

Решение: Обозначим массу холодной воды m_x, общую массу воды m, массу горячей вод m_r = m — m_x Q_x = с m_x (t_k — t_x) – количество теплоты полученное холодной водой. Q_r = с m_r (t_r — t_k) – количество теплоты отданное горячей водой. Количество теплоты, полученное холодной водой равно количеству теплоты, отданному горячей водой. Q_x = Q_r. Тогда уравнение теплового равновесия примет вид с m_r (t_r— t_k) = с m_x (t_k — t_x). Сокращаем обе части уравнение на с. Получаем уравнение с одним неизвестным m_r (t_r— t_k) = m_x(t_k — t_x). m_r = (m_x (t_k — t_x))/ (t_r — t_k), m_r = 125кг

Ответ: надо взять 125 кг горячей воды.

Задача №3. В 1 л воды при температуре 18 o С вылили 300 г расплавленного олова, имеющего температуру 232 o С. На сколько градусов при этом нагрелась вода?

Решение: Обозначим Q₁ = с₁m₁ (t_k — t₁) количество теплоты полученное водой. Q₂ = с₂m (t₂ — t₁) — количество теплоты выделившееся при охлаждении олова. Q₃ = Lm₂ – количество теплоты выделившееся при кристаллизации расплавленного олова. L — удельная теплота плавления олова. Количество теплоты отданное оловом равно количеству теплоты полученному водой. Пишем уравнение теплового баланса.

где r — плотность воды, V — объем воды.

m₁ = rV. Решая уравнение и подставив численные значения получаем ответ. Вода нагрелась на 8 o C.

Остановимся на использовании уравнения теплового баланса в случае трех тел с различными температурами. (Заметим, что эти задачи следует предлагать только на повышенном уровне). Сложность состоит в том, что в начале неизвестно, будет ли тело с «промежуточной» температурой нагреваться или охлаждаться. Поэтому просто приравнять количество теплоты, отданное одним телом (телами), количеству теплоты, полученному другим телом (телами), невозможно.

Иногда для решения подобных задач применяют вторую из упомянутых в начале этого раздела форм записи уравнения теплового баланса:

Решая уравнение теплового баланса, в котором неизвестной величиной является конечная температура, по ответу определяют, нагревалось или охлаждалось тело «промежуточной» температуры.

Такое решение дает правильный ответ, но оно не раскрывает существа дела, т.к. все внимание учеников уходит на написание громоздких формул и алгебраические преобразования, а не на понимание происходящих физических явлений. Поэтому лучше применять первую форму записи уравнения теплового баланса. Но для этого надо выяснить с помощью предварительного анализа условия задачи, будет нагреваться тело «промежуточной температуры или охлаждаться. Рассмотрим это на конкретном примере.

Задача № 4. В калориметр, содержащий воду массой 200 г при температуре 50 o С, поместили стальной цилиндр массой 100г, вынутый из сосуда с тающим льдом, и медный брусок массой 250 г, вынутый из кипятка. Какой станет температура содержимого калориметра после установления теплового равновесия? Удельные теплоемкости меди и стали равны соответственно 400Дж/кг o С и 500Дж/кг o С.

Указание. Чтобы выяснить, будет вода нагреваться или охлаждаться в процессе установления теплового равновесия, рассмотрим, при каком условии температура воды в калориметре не изменится. Это произойдет, если медный брусок при охлаждении до начальной температуры воды (500) отдаст такое же количество теплоты, какое необходимо для нагревания стального цилиндра тоже до начальной температуры воды. Однако расчет с использованием приведенных в условии числовых данных показывает, что при этом медный брусок отдает большее количество теплоты, чем получает стальной цилиндр. Значит, в процессе установления теплового равновесия вода нагреется. Это позволяет написать уравнение теплового баланса в виде:

где Q_м — количество теплоты, отданное медным бруском.

Q_c — количество теплоты, полученное стальным цилиндром,

Q_в— количество теплоты, полученное водой. Все количества теплоты при этом положительны.

4. Заключительный этап

Мне очень понравилось с вами работать. А теперь подведем итоги вашей работы на сегодняшнем уроке.

Задание на дом: Решить задачи.

Задача №1. Стакан емкостью 200 см 3 наполовину заполнен водой при температуре 20 o С. Его доливают доверху кипятком. Какова будет температура воды в стакане?

Задача №2. Какую массу кипятка надо долить в детскую ванночку, содержащую 20 л воды при температуре 20 o С, чтобы конечная температура воды стала равной 30 o С?

Задача №3. Кипяток массой 200г налили в фарфоровую чашку массой 100г. Тепловое равновесие установилось при температуре 80 o С. Какой была начальная температура чашки? Удельная теплоемкость фарфора 1100 Дж/кг.

Подготовиться к лабораторной работе №2

Использованная литература

1. Л.Э.Генденштейн, В.А.Орлов, Г.Г.Никифоров. Учебно-методическое пособие. «Как научить решать задачи по физике (основная школа). Подготовка к ГИА. Москва. Педагогический университет « Первое сентября» 2011.

2. А.В.Перышкин. Физика. 8класс: учеб. для общеобразоват. учреждений. Москва. Дрофа, 2010.

Уравнение теплового баланса 8 класс перышкин

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».