Temat: Zmiana energii wewnętrznej w wyniku pracy i przepływu ciepła
Cel lekcji: Dowiesz się, jak można zmienić energię wewnętrzną ciała. Poznasz pierwszą zasadę termodynamiki. Zastosujesz poznane wiadomości w zadaniach.
D. 53/233 Narysuj schemat, zapisz obserwacje i wnioski Instrukcja (nie zapisuj instrukcji)
1. Przygotuj pompkę do piłki i piłkę (lub pompkę do roweru i rower).
2. Napompuj piłkę (dętkę w rowerze) jak najszybciej.
3. Dotknij wylotu pompki. Co odczuwasz?
O: Pompka rozgrzała się w pobliżu wylotu powietrza
W: Rośnie energia wewnętrzna pompki i zawartego w niej powietrza kosztem wykonanej pracy.
Cząsteczki powietrza uderzają w poruszający się w ich stronę tłok i w chwili odbicia
zwiększa się ich prędkość, a więc ich energia kinetyczna i temperatura, a rozgrzane powietrze powoduje rozgrzanie pompki. Wciskając tłok zmniejszamy objętość powietrza, maleją odległości między cząsteczkami. Cząsteczki częściej uderzają w ścianki pompki dlatego rośnie temperatura pompki.
Zarówno w doświadczeniu 51 przy uderzaniu młotkiem lub pocieraniu dłoni, jak i w doświadczeniu 53 przy przesuwaniu tłoka pompki została wykonana praca, a efektem był wzrost energii wewnętrznej ciała.
D. 54/235
Instrukcja (nie zapisuj instrukcji)
1. Przygotuj kuchenkę i garnek z długim metalowym uchwytem (ewentualnie zwykły garnek i metalową łyżkę).
2. Do garnka wlej wodę, ustaw go na kuchence i zacznij podgrzewać.
3. Trzymaj koniec metalowego uchwytu garnka.
Jeśli używasz zwykłego garnka i łyżki, włóż łyżkę do wody I przytrzymuj ją tak, aby jeden koniec był zanurzony w wodzie, a drugi koniec wystawał w bok poza krawędź garnka.
4. Wyłącz kuchenkę.
O: Po chwili uchwyt garnka staje się ciepły.
W: Wzrost energii wewnętrznej następuje wskutek przekazywania energii w postaci ciepła od ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej temperaturze.
Jeśli dwa ciała mają taką samą temperaturę, przepływ ciepła nie zachodzi - mówimy w takiej sytuacji o równowadze termicznej.
W języku fizyki termin „ciepło" związany jest z procesem przekazywania energii wewnętrznej bez wykonywania pracy. Zatem:
Ciepło to ilość energii wewnętrznej przekazanej między ciałami o różnych temperaturach bez wykonywania pracy. Ciepło oznacza się literą Q.
I zasada termodynamiki
W układzie izolowanym przyrost energii wewnętrznej ciała równy jest sumie pracy wykonanej nad układem i pobranego ciepła.
Co można zapisać wzorem
ΔEw = W + Q
Zmiana energii wewnętrznej = praca wykonana + ilość ciepła pobranego nad ciałem przez ciało
Ciała mogą również przekazywać ciepło do otoczenia, w wyniku czego zmniejsza się ich energia wewnętrzna. Gazy mogą także dzięki własnej energii wewnętrznej wykonać pracę.
Zad. 6 / 237
Instrukcja (nie zapisuj instrukcji)
1. Przygotuj: strzykawkę, plastelinę, taśmę klejącą, kubek lub szklankę i niewielki przedmiot o masie kilkudziesięciu gramów, np. stalową nakrętkę.
2. Przesuń tłoczek strzykawki, tak aby znajdował się mniej więcej w połowie jej długości.
3. Zaklej dziobek strzykawki plasteliną. Na tłoczku połóż niewielki przedmiot i przyklej go taśmą.
4. Do szklanki wlej gorącą wodę. Zaznacz markerem położenie tłoczka i ostrożnie, aby się nie poparzyć, włóż strzykawkę do gorącej wody.
O: Tłoczek powinien nieznacznie przesunąć się do góry.
W: Podnosząc ciężarek, tłoczek wykonał pracę, kosztem energii wewnętrznej, gdyż zwiększyła się energia potencjalna nakrętki.
Podobnie pracę wykonują gazy powstające ze spalenia benzyny w silniku spalinowym.
Gaz wewnątrz cylindra jest dużo gorętszy niż spaliny/
Silniki cieplne ( silniki tłokowe spalinowe i parowe oraz turbiny parowe) działają w oparciu o I zasadę termodynamiki.
Rozprężający się gaz wykonuje pracę sam nad sobą kosztem własnej energii wewnętrznej, co łatwo sprawdzić .
Chuchnij na dłoń – czujesz ciepłe powietrze ok. 30 °C
Dmuchając na dłoń przez wąską szczelinę w ustach czujesz zimne powietrze, gdyż rozprężające się powietrze wykonuje pracę kosztem własnej energii wewnętrznej dlatego maleje jego temperatura.
Rozwiąż zadania 1 – 6 str. 236 – 237.
