Методические особенности темы «Законы термодинамики. Тепловые двигатели» с применением компьютерных технологий

С целью более полного усвоения учащимися первого закона термодинамики можно предложить выполнить задания, представленные в приложении 1.

На схеме кружком изображена система, направленная внутри кружка стрелка указывает изменение внутренней энергии в ходе процесса (стрелка, направленная вверх, означает, что внутренняя энергия системы увеличивается; стрелка, направленная вниз, свидетельствует об убывании энергии). Стрелки, идущие к кружку или от кружка, символизируют соответственно приток или отдачу тепла и работу, совершаемую самой системой или над ней. Выбрав положительное направление стрелок (горизонтальное - слева направо, вертикальное - снизу вверх), следует определить знаки и А (стрелка у слева направо для , справа налево для ; аналогично и для А). Длина стрелок изображает модуль соответствующих величин. Символическое представление скалярных величин , U и А не дает оснований приписывать им векторный характер.

Для последующего описания изопроцессов в идеальном газе с использованием первого начала термодинамики следует ввести понятие теплоемкости, показать, что эта характеристика системы зависит от условий процесса, ввести понятие изобарной, изохорной теплоемкости, установить соотношение между ними, вскрыть физический смысл универсальной газовой постоянной. Имеет смысл обратить внимание учащихся на соотношение между молярной и удельной теплоемкостями.

Многолетняя педагогическая практика убеждает, что результаты применения первого начала термодинамики к описанию простейших процессов в идеальном газе целесообразно представить в виде таблицы (приложение 2), содержащей следующие графы:

1) название и условия протекания процесса;

2) уравнение процесса;

3) графическое представление процесса;

4) значение всех величин, входящих в первое начало термодинамики применительно к рассматриваемому процессу;

5) значение теплоемкости в данном процессе;

6) значение показателя политропы.

Составление такой таблицы может быть поручено самим учащимся в процессе подготовки к занятию по данной теме. Последующее использование этой таблицы значительно облегчит решение конкретных физических задач на практических занятиях. Безусловно, что контроль над правильностью и самостоятельностью составления таблицы по-прежнему остается делом преподавателя.

В методической литературе неоднократно поднимался вопрос о необходимости ознакомления учащихся со вторым законом термодинамики, без которого нельзя дать физическое обоснование работы любого теплового двигателя. Поэтому целесообразно ознакомить учащихся с основными идеями и доступными для них формулировками этого закона. В специализированных школах физико-математического профиля имеет смысл ввести и понятие энтропии. Изучение второго закона термодинамики тем более важно, что он имеет глубокое мировоззренческое и политехническое содержание, демонстрируя тесную связь науки и производства.

Проверенная на опыте методика изложения второго начала термодинамики рекомендует рассмотрение этого раздела во взаимосвязи с вопросами теории тепловых машин.

Рассматривая работу тепловых машин, следует сформулировать основные принципы ее работы.

1. Тепловая машина должна быть периодически действующим устройством, следовательно, рабочее тело машины должно совершать замкнутый процесс (цикл).

2. Машина должна совершать за цикл положительную работу. Исходя из этих утверждений, нужно рассмотреть принципиальное с физической точки зрения устройство теплового двигателя, включающего нагреватель, холодильник и рабочее тело. Далее следует ввести понятие КПД тепловой машины. При этом важно заметить, что довольно часто невозможность достижения КПД, равного 100%, учащиеся связывают с трением, излучением, теплопроводностью и др., которые, конечно, снижают значения КПД тепловых машин, но не играют столь принципиальной роли как необходимость присутствия холодильника как составной части любого теплового двигателя.

Используемое обычно графическое толкование необходимости присутствия холодильника (расширяться газ должен нагретым, а сжиматься холодным) наглядно, но не совсем убедительно, поскольку газ можно охладить и без холодильника (например, путем адиабатического расширения).

Подробно о педагогике:

Фортепианное творчество Яна Сибелиуса
Выдающийся финский композитор Ян Сибелиус еще при жизни возведенный соотечественниками в ранг классика финской музыки и своего рода национального героя, известен широким кругам отечественных любителей искусства и музыкантам-профессионалам главным образом как автор монументальных симфонических полот ...

Роль деятельностного метода обучения в реализации современных образовательных целей
Деятельностный подход – это метод обучения, при котором ребёнок не получает знания в готовом виде, а добывает их сам в процессе собственной учебно-познавательной деятельности. Деятельностный подход предполагает наличие познавательного мотива (желания узнать, открыть, научиться) и конкретной учебной ...

История социального сиротства в России
Проблема социального сиротства является сегодня проблемой, характерной для многих развитых и развивающихся стран. Так, американские исследователи отмечают, что по всему миру больницы, родильные дома, специальные заведения заполнены брошенными младенцами. В разных странах и разные специалисты их наз ...