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

Актуально о образовании » Использование компьютерных моделей на уроках физики при изучении темы "Законы термодинамики" в средней школе » Методические особенности темы «Законы термодинамики. Тепловые двигатели» с применением компьютерных технологий

Страница 6

Трудно дать методические рекомендации по поводу введения энтропии в школьном курсе, следуя которым можно сделать понимание этой функции состояния более ясным. Сложность понимания энтропии связана с невозможностью ее непосредственного восприятия и отсутствием прибора, который бы измерял энтропию, как, например, измеряют температуру.

Термодинамика, в силу феноменологического характера, не может вскрыть физический смысл энтропии. Эту задачу решает статистическая физика.

По-видимому, наиболее доступным вариантом введения энтропии в школьном курсе является тот, который рассмотрен в теоретической части курса и следует из обобщения утверждений теоремы Карно для произвольного цикла.

Вводя понятие энтропии, следует проводить аналогию с введением понятия внутренней энергии при формулировке первого начала термодинамики. Введению энтропии должно предшествовать введение понятия приведенной теплоты. Далее следует отметить, что при равновесном переходе системы из одного состояния в другое приведенная теплота не зависит от пути перехода, а сумма проведенных количеств теплоты системы, совершающей круговой процесс, равна нулю. Это значит, что приведенная теплота равна изменению некоторого свойства системы, которое и было названо энтропией.

В школьной аудитории вывод о возрастании энтропии при необратимых процессах проще всего сделать при рассмотрении конкретного необратимого процесса. Рассмотрим, например, теплообмен между двумя различно нагретыми телами с температурами и (пусть ). Более нагретое тело отдает количество теплоты -, менее нагретое получает количество теплоты +. Изменение энтропии более нагретого тела равно , менее нагретого . Изменение энтропии системы в целом равно алгебраической сумме изменений энтропии каждого тела:

.

В результате теплообмена между различно нагретыми телами энтропия системы возрастает (, то есть ). Таким образом, энтропия вводится вторым началом. В формулировке А. Зоммерфельда оно звучит так: "Каждая термодинамическая система обладает функцией состояния, называемой энтропией. Энтропия вычисляется следующим образом. Система переводится из произвольно выбранного начального состояния в соответствующее конечное состояние через последовательность состояний равновесия, вычисляются все подводимые при этом порции теплоты, делятся каждая на соответствующую ей абсолютную температуру, и все полученные таким образом значения суммируются. При реальных процессах энтропия замкнутой системы возрастает".

Итак, термодинамика вводит энтропию формально, не вскрывая ее физического смысла и не устанавливая связи с внутренними молекулярными свойствами системы. Только статистическая физика, изучая тепловые явления на основе представлений о свойствах молекул и закономерностях их движения, вскрывает физический смысл энтропии и природу необратимости, устанавливая связь между энтропией и термодинамической вероятностью.

Наиболее доступным вариантом введения понятия термодинамической вероятности, по-видимому, является рассмотрение конкретного примера о распределении молекул газа по частям сосуда. Этот пример должен убедить учащихся в том, что равномерное распределение молекул реализуется наибольшим числом способов. На основании рассмотренного примера следует сделать вывод, что термодинамическая вероятность состояния - это число способов (число микросостояний), с помощью которых можно реализовать данное макросостояние.

Термодинамика утверждает, что любая система, будучи предоставлена сама себе, приходит в состояние равновесия, в котором энтропия системы достигает своего максимального значения. Физически это означает, что в состоянии равновесия система обладает максимально возможным числом микросостояний, с помощью которых реализуется данное макросостояние. Таким образом, равновесное состояние системы является наиболее вероятным.

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Подробно о педагогике:

Философские и психологические основы педагогики Гербарта
Первый педагогический труд И. Гербарта был посвящен творчеству И.Г.Песталоцци. Важнейшие педагогические сочинения Гербарта: «Первые лекции по педагогике», «Общая педагогика» и другие работы отличались рациональностью. Гербарт видел в педагогике, в первую очередь, методологический инструментарий. Вс ...

Методика ознакомления детей с творчеством художников – иллюстраторов
С книжкой ребенок знакомится с младшего дошкольного возраста и задача взрослого заключается в том, чтобы вызвать у детей интерес к ней, к содержащимся в ней рисункам, желание внимательно их рассматривать – «читать рисунки», узнавать знакомые образы, эмоционально откликаться на них, испытывая радост ...

Неформальные объединения молодежи
Субкультура молодёжи формируется под непосредственным воздействием культуры «взрослых. Формальная молодёжная культура (по определению) базируется на ценностях массовой культуры, целях государственной социальной политики и официальной идеологии. Неформальные объединения - это явление массовое. Ради ...

Разделы

Copyright © 2020 - All Rights Reserved - www.educationtheory.ru