Шымкент – 2014 ж 2 страница

Температура тұрақты болғанда өтетін процесс изотермиялық процесс деп аталады. 17 ғасырдың ортасында ағылшын ғалымы Р. Бойль және француз физигі Э. Мариотт тәжірибе жүзінде ашты. Сондықтан ол Бойль-Мариот заңы деп аталады.

Егер газдың температурасы өзгермесе, онда оның берілген массасы үшін газ қысымының көлемге көбейтіндісі тұрақты болады.

 

Яғни, Т= const болғанда, PV= const болады.

 

Газды сыққан кезде газдың концентрациясы мен тығыздығы артады, ізінше ыдыс қабырғасына газ молекулаларының соққы саны өседі. Керісінше газ ұлғайғанда ыдыс қабырғасымен газ молекулаларының жалпы соққы саны кемиді, сондықтан қысым бәсеңдейді. Бұны изотермиялық процесс графигі арқылы түсіндірейік.

Егер газ қысымын екі есе арттырсақ (Р2) , Бойль – Мариотт заңына сәйкес оның көлемі (V2) екі есе кемиді.

 

Егер қысымды (Р1) мен салыстырғанда (Р3)-ті екі есе азайтсақ, онда (V3) көлем екі есе артады. Егер осы нүктелердің барлығын қоссақ гиперболаны аламыз, ол график түрінде изотермия деп аталады.

Бірдей көлемде температураға үлкен қысым сәйкес келеді. Бұл процесте температура өзгермейді, онда V – T және P – T изотермиялары түзу сызықтар болады.

Изобаралық процесс деп - тұрақты қысымда өтетін процесті айтамыз. 18 ғасырда француз физигі Гей-Люссак тәжірибе жүзінде тағайындаған және сондықтан ол Гей-Люссак заңы деп аталады.

 

Р=const болғанда, V/T=const.

 

Изобаралық процесс кезінде температураның жоғарылауымен газ молекулаларының орташа кинетикалық энергиясы артады. Изобаралық процесте газды ұлғайтқанда және сыққанда оның көлемі температураның өзгерісіне сәйкес өзгереді.

Гей – Люссак заңына сәйкес газ көлемі V абсолют температураға Т тура пропорционал. Бірдей массадағы идеал газдың әр түрлі қысымына сәйкес келетін изобаралар бір графиктің координат басы болатын бір нүктеден шығады, сондықтан олар бір - біріне параллель бола алмайды.

Жоғарырақ Р1 қысымға сәйкес келетін изобара төменірек Р2 қысымға сәйкес келетін изобарадан төмен жатады. Тұрақты температурады үлкен қысымға газдың аз көлемі сәйкес келеді.

Гей – Люссак заңына абсолют температура Т-ның орнына Цельсийй шкаласының t0C температурасын қойсақ, онда формула мына түрге келеді:

V=V0(1+at0), V- t0C температурадағы газдың көлемі, V0 – О0С температурадағы газ көлемі.

a= - көлемдік ұлғаюдың температуралық коэффициенті.

Бір градусқа изобаралық қыздыру кезінде идеал газдың берілген массасының көлемі О0С-де газ алып тұрған көлемнің 1/273 бөлігіне артады.

Тұрақты көлемде өтетін процесс изохоралық процесс деп аталады. Изохоралық процесті 18 ғасырда француз ғалымы Шарль ашты. Сондықтан ол Шарль заңы деп аталады. Егар газ көлемі өзгермесе массасы берілген газ үшін қысымның температураға қатынасы тұрақты болады:

 

V=const болғанда, P/T=const.

Егер газ температурасын арттырсақ, оны жабық ыдыста ұстап көлемін ұлғайтпасақ, онда молекуланың орташа кинетикалық энергиясының өсуімен газдың қысымы арта бастайды.

Үлкен V1 көлемге сәйкес келетін изохора кіші көлем V2-ге сәйкес келетін изохорадан төмен жатады. Р – V және V – T координат осьтеріндегі изохоралық процестің графигін қарастырайық. Егер Шарль заңындағы абсолют температура Т-ның орнына Цельсия шкаласындағы температураны енгізсек, онда заң мына түрге келеді:

Р=Р0(1+at0). Р – t0C-ғы газ қысымы, a= - идеал газ қысымының температуралық коэффициенті. Бір градусқа изохоралық қыздыру кезінде идеал газ қысымы О0С –дегі газ қысымының 1/273 бөлігіне артады.

11. Оқушылардың өз бетінше атқаратын жұмысы: 40 мин(45%)

№№ 510,512,514,516 есептерді шығару түрінде өткізіледі.

А.П. Рымкевич - Физика есептерінің жинағы, Алматы «Рауан» 1998 ж.№ № 488, 490, 492,

12. Жаңа тақырыпты бекіту. 10 мин(10%)

Изотермиялық процесс дегеніміз не?

Изобаралық процесс дегенгіміз не?

Изохоралық процесс дегеніміз не?

Изопроцесстердің графиктерін салыңыз.

13. Сабақты қорытындылау. 2 мин (2%)

Оқушылардың білімін бағалау.

14. Үйге тапсырма беру. 2 мин(2%)

§ 14 ( Физика-10. Мякишев Г.Я, Буховцев Б.Б ,Алматы «Рауан» 1997)

№ 509,511,513,515,517. А.П. Рымкевич - Физика есептерінің жинағы, Алматы «Рауан» 1998 ж.

 

№ 5 сабақ жоспары

1. Сабақтың тақырыбы: Термодинамика негіздері.Идеал газдың ішкі энергиясы. Дененің ішкі энергиясының жылу алмасуда және механикалық жұмыс істелген кезде өзгеруі. Термодинамиканың бірінші бастамасы. Термодинамиканың бірінші бастамасын әр түрлі жылулық процестерге қолдану. Адиабаттық процесс.

2. Сағат саны: 2 90 мин (100%)

3. Сабақтың түрі: түсіндірмелі аралас сабақ.

4. Сабақтың мақсаты:

оқыту: Идеал газдың ішкі энергиясының теңдеуін қорыту.Жылу құбылыстарына сүйене отырып термодинамиканың бірінші заңын түсіндіру.

тәрбиелеу: оқушыларды топпен жұмыс істеуге тәрбиелеу

дамыту: термодинамиканың бірінші бастамасын әр түрлі жылулық процестерге қолдануды үйрету

5. Оқыту әдісі:көрме, түсіндіру

6. Материалды-техникалық жабдықталуы:

а) техникалық құралдар:компьютер, интерактивті тақта

ә) көрнекі және дидактикалық құралдар:плакат және кеспелер

б) оқыту орны:516 бөлме

7. Әдебиеттер:

return false">ссылка скрыта

негізгі:11 класс физика оқулығы (Мякишев Г.Я, Буховцев Б.Б);

Физикадан есептер жинағы (А.П.Рымкевич);

қосымша: 1) Ливенцев Н. М. Курс физики. – М.- 1978.- изд-е. 6.- Т. 1,2.

2) Ремизов А. Н. Медицинская и биологическая физика. –М.- 1987.

8. Ұйымдастыру кезеңі: 5 мин(5%)

  • Оқушылардың сабаққа қатысуын тексеру.
  • Оқушылардың сабаққа дайындығын тексеру.
  • Сабақтың мақсаты мен міндеті.

9. Оқушылардың өтілген тақырып бойынша білімін тексеру. 8 мин (9%)

Изотермиялық процесс дегеніміз не?

Изобаралық процесс дегенгіміз не?

Изохоралық процесс дегеніміз не?

Изопроцесстердің графиктерін салыңыз.

10. Жаңа сабақты түсіндіру: 23 мин(25%)

Денелердің молекулалық құрылымы ескерілмейтін жылулық процестер теориясын термодинамика деп атайды. Оның негізінде ішкі энергия ұғымы жатыр.

Термодинамика – бұл макроскопиялық жүйелердің жалпы қасиеттерін зерттейтін физиканың бір бөлімі болып табылады. Сонымен бірге жылу энергиясының бір денеден басқа денелерге өту заңдылықтары қарастырылады.

Термодинамикалық жүйені кез келген дененің жүйесі деп қарастыруға болады, егер бұл жүйе басқа денелермен әсерлеспесе, онда бұл жүйе оқшауланған деп аталады.

Термодинамикалық жүйелердің күйін сипаттайтын маңызды параметрлердің бірі ішкі энергия U болып табылады. Мұзбен сырғанаған шайбы үйкеліс күшінің әсерінен тоқтағанда, оның механикалық энергиясы текке жоғалып кетпейді, қайта мұз бен шайбының бей-берекет қозғалатын молекулаларына беріледі. Бұл ішкі энергияны көрсетеді. Молекула - кинетикалық теория тұрғысынан алып қарағанда макроскопиялық дененің ішкі энергиясы – бұл барлық молекулалардың (немесе атомдардың ) дене массасы центріне қатысты бейберекет қозғалысының кинетикалық энергиясы мен барлық молекулалардың бір –бірімен өзара әсерлесуінің потенциалдық энергиясының қосындысына тең. - (1) идеал газдың ішкі энергиясы.

Бұл энергия макроскопиялық параметрлерге: температура мен көлемге тәуелді.

Термодинамикалық жүйенің ішкі энергиясы, жүйе жұмыс істеу есебінен немесе қоршаған денелермен жылу алмасу есебінен өзгереді.

Жылудың берілуі – бұл бір жүйенің екінші жүйеге жұмыстың қатысуынсыз жылу энергиясының берілуі болып табылады. Сондықтан газға әсер етуші сыртқы күштердің жұмысы мына түрде беріледі: (2)

Жұмыс атқармай, энергияның бір денеден екінші бір денеге берілу процесін жылу алмасу немесе жылудың берілуі деп атайды.

Жылу мөлшері жылу алмасу кезіндегі ішкі энергия өзгеруінің сандық мөлшерін деп сипаттайды.

Жылу алмасу нәтижесінде денеге берілген энергияны жылу мөлшері деп атайды.

Жылу алмасу кезінде денелер арасындағы шекарада суық дененің баяу қозғалатын молекулаларымен ыстық дененің әлдеқайда шапшаң қозғалатын молекулаларының өзара әсерлесуі жүріп жатады. Осының нәтижесінде молекулалардың кинетикалық энергиялары теңеледі және суық дене молекулаларының жылдамдығы артады, ал ыстық дененіңкі азаяды. Массасы m денені t1 температурадан t2 температураға қыздыру үшін, оған жылу мөлшерін беру қажет. Мұндағы с – меншікті жылу сыйымдылығы.

Меншікті жылу сыйымдылығы дегеніміз – бұл 1 кг заттың оның температурасы 1 К-ге өзгергенде алатын немесе беретін жылу мөлшері.

Сұйықты буға айналдыру үшін оған белгілі бір мөлшерде жылу беру қажет. Бұл айналу процесінде сұйықтың температурасы өзгермейді. Сұйықты тұрақты температурада буға айналдырғанда оның молекулаларының кинетикалық энергиясы артпайды, бірақ олардың потенциалдық энергиясы артады.

Тұрақты температурада 1 кг сұйықты буға айналдыруға кететін жылу мөлшерін меншікті булану жылуы деп атайды. Бұл шаманы r шамасымен белгілейді және кг-ға бөлінген Дж-мен (кг/Дж) өрнектейді.

- массасы m сұйықты буға айналдыру үшін керек жылу мөлшері.

- бу конденсацияланғанда шығарылатын жылу мөлшері.

Балқу температурасындағы 1 кг кристалл затты сол температурада сұйыққа айналдыруға кететін жылу мөлшерін меншікті балқу жылуы деп атайды (g).

- массасы m кристалл денені балқыту үшін керек жылу мөлшері.

- дене кристалдалданғанда бөлініп шығатын жылу мөлшері.

ХІХ ғасырдың орта кезінде талай ғалымдардың көптеген тәжірибелері механикалық энергия ешқашан із-түссіз жойылып кетпейтінін дәлелдеді. Мысалы: балға бір кесек қорғасынға соғылса, қорғасын да белгілі бір шамаға қызады. Осы сияқты сан алуан бақылаулар мен тәжірибелерді қорыту кезінде термодинамиканың заңдары тағайындалды.

Жүйенің бір күйден екінші күйге өткендегі оның ішкі энергиясының өзгеруі сыртқы күштердің жұмысы мен жүйеге берілген жылу мөлшерінің қосындысына тең:

(3)

- ішкі энергия.

Жүйеге берілген жылу мөлшері оның ішкі энергиясын өзгертуге және жүйенің сыртқы денелермен жұмыс істеуіне жұмсалады.

Изотермиялық процесс кезінде жүйеге берілген барлық жылу мөлшері жұмыс істеуге жұмсалады.

Q=A мұндағы, DU=0 (4)

Газ жабық ыдыстың ішінде болсын делік, және оны қыздырсақ, онда ыдыс қабырғаларында жылу мөлшерінің алмасулары болады.

Изохоралық процесте көлем тұрақты болғандықтан газдың жұмысы нөлге тең. (V=const).

Жүйе энергиясының өзгеруі берілген жылу мөлшеріне тең, яғни DU= Q мұндағы,

А=0 (5)

Кез - келген газ кейбір жылу мөлшерлерін ала отырып, қызады және изобаралық кеңейеді. Бұдан оның ішкі энергиясы көтеріледі.

Изобаралық процесте, жүйеге берілген жылу мөлшері жүйенің ішкі энергиясын өзгертуге және тұрақты қысымда жұмыс істеуге кетеді.

Q=DU+A (6)

Егер газ ыдыстың жылу алмаспайтын яғни, жылу сыртынан да ішіне де өте алмайтын қабырғасында табылсын делік. Осыдан газ көлемі оның қысымы және температурасы өзгереді. Осындай жағдайда газда өтетін процесс адиабаталықдеп аталады.

Енді қоршаған денелермен жылу алмаспайтын, жүйеде өтетін процесті қарастырайық. Жылудан оқшауланған жүйедегі процесс адиабаталық деп аталады. Адиабаталық процесте Q=0 және (3) –формулаға сәйкесDU= A. (7)

11. Оқушылардың өз бетінше атқаратын жұмысы: 40 мин(45%)

№ № 616, 618, 620, 622, 624. 626 есептерді шығару түрінде өткізіледі.

А.П. Рымкевич - Физика есептерінің жинағы, Алматы «Рауан» 1998 ж.

12. Жаңа тақырыпты бекіту. 10 мин(10%)

Идеал газдың ішкі энергиясы дегеніміз не?.

Дененің ішкі энергиясының жылу алмасуда және механикалық жұмыс істелген кезде өзгеруі. Термодинамиканың бірінші бастамасы.

Термодинамиканың бірінші бастамасын әр түрлі жылулық процестерге қолдану.

Адиабаттық процесс дегеніміз не?

13. Сабақты қорытындылау. 2 мин (2%)

Оқушылардың білімін бағалау.

14. Үйге тапсырма беру. 2 мин(2%)

§§ 23-27 ( Физика-10. Мякишев Г.Я, Буховцев Б.Б, Алматы «Рауан» 1997ж),

№ № 617, 619, 621, 623, 625, 627 А.П. Рымкевич - Физика есептерінің жинағы, Алматы «Рауан» 1998 ж.

 

 

№ 6 сабақ жоспары

  1. Сабақтың тақырыбы:Қайтымды және қайтымсыз процесстер. Табиғаттағы

процесстердің қайтымсыздығы. Термодинамиканың екінші бастамасы туралы

түсініктер. Жылулық машиналар және экология.

Булану және конденсация. Қаныққан бу және оның қасиеттері.Қайнау.Кризистік

температура. Заттың кризистік күйі. Планеталардың атмосфералары туралы түсініктер.

2. Сағат саны: 2 90 мин (100%)

3. Сабақтың түрі:түсіндірмелі аралас сабақ.

4. Сабақтың мақсаты:

оқыту:Табиғаттағы процестердің бағыты термодинамиканың екінші заңын көрсететіндігін түсіндіру.Сұйықтар мен газдардың бір-біріне айналу процесі туралы түсінік беру.

тәрбиелік: оқушыларды топпен жұмыс істеуге тәрбиелеу

дамыту: табиғаттағы процесстердің жүру бағытын түсіндіру.

5. Оқыту әдісі:көрме, түсіндіру

6. Материалды-техникалық жабдықталуы:

а) техникалық құралдар:компьютер, интерактивті тақта

ә) көрнекі және дидактикалық құралдар: «Жылулық машиналар және экология» плакат және кеспелер.

б) оқыту орны:516 бөлме

7. Әдебиеттер:

негізгі:11 класс физика оқулығы (Мякишев Г.Я, Буховцев Б.Б);

Физикадан есептер жинағы (А.П.Рымкевич);

қосымша: 1) Ливенцев Н. М. Курс физики. – М.- 1978.- изд-е. 6.- Т. 1,2.

2) Ремизов А. Н. Медицинская и биологическая физика. –М.- 1987.

8. Ұйымдастыру кезеңі: 5 мин(5%)

  • Оқушылардың сабаққа қатысуын тексеру.
  • Оқушылардың сабаққа дайындығын тексеру.
  • Сабақтың мақсаты мен міндеті.

9. Оқушылардың өтілген тақырып бойынша білімін тексеру. 8 мин (9%)

Идеал газдың ішкі энергиясы дегеніміз не?.

Дененің ішкі энергиясының жылу алмасуда және механикалық жұмыс істелген кезде өзгеруі. Термодинамиканың бірінші бастамасы.

Термодинамиканың бірінші бастамасын әр түрлі жылулық процестерге қолдану.

Адиабаттық процесс дегеніміз не?

10. Жаңа сабақты түсіндіру: 23 мин(25%).

Қыздырылған дене өзінің энергиясын айналасындағы суығырақ денелерге бере отырып, біртіндеп суйды. Ал суық денеден ыстыққа жылу берудің кері процесі энергияның сақталу заңына қайшы келмейді, бірақ мұндай процесс ешқашан да байқалған емес.

Тепе – теңдік қалыптан ауытқыған маятниктің тербелісі өшеді. Энергетикалық тұрғыдан, маятникің өзінің және қоршаған ортаның суынуы есебінен маятниктің тербеліс амплитудасы артқанда кері процесс болуы мүмкін. Міне осының бәрі қайтымсыздықтың дәлелдемесі болып табылады.

Қайтымсыз процесс - кері процесске күрделірек процестің тек бір буыны ретінде ғана өте алатын процесті айтамыз.

Табиғаттағы құбылыстардың қайтымсыздығына кинофильмді кері бағытта көру тамаша иллюстрация бола алады. Табиғаттағы барлық процесстер қайтымсыз және олардың ішіндегі ең қайғылысы – организмдердің қартаюы және өлуі.

Термодинамиканың екінші заңы мүмкін болатын энергетикалық түрлендірудің бағытын көрсетеді және сол арқылы табиғаттағы процестердің қайтымсыздығын білдіреді.

Неміс ғалымы Р. Клаузиус бұл заңды былай тұжырымдаған: екі жүйеде немесе қоршаған денелерде бір мезгілде басқадай өзгерістер болмаған жағдайда, суығырақ жүйеден ыстығырақ жүйеге жылу беру мүмкін емес.

Жылу двигательдерін жылу электр станцияларында пайдаланудың зор маңызы бар. Онда олар электр тогы генераторларларының роторларын қозғалысқа келтіреді. Біздің елімізде барлық электр станциясының 80 %-тен астамын жылу электр станциялары береді.

Негізгі жылу двигательдері – бұлар бу турбиналары, іштен жану двигательдері және реактивті двигательдер. Барлық жылу двигательдері жұмыс кезінде үлкен жылу мөлшерін бөліп шығарады және атмосфераға, өсімдіктерге, жануарларға және адамдарға зиянды заттар және басқалары үздікіз шығарылып жатады.

Бұл проблемалардың бәрі қоршаған ортада маңызды проблемалар болып табылады.

Булану – бұл сұйық күйден заттың газ күйіне өту үдерісі.

Булануды кебу және қайнаудеп бөледі.

Кебу - бұл кез келген температурада өтетін ашық сұйық бетіндегі булану құбылысы. Қатты заттардың кебуі сублимация деп аталады. Мысалы: асфальт бетіндегі су анағұрлым тез буланады. Егер ауаның температурасы жоғары болса және жел соғып тұрса, бұл құбылысты былай түсіндіріледі.

Сұйық молекулалары ретсіз қозғалады. Сұйықтың температурасы неғұрлым жоғары болса, молекулалардың кинетикалық энергиясы соғұрлым артады. Бұл мезетте кейбір молекулалардың кинетикалық энергиясының үлкен болатыны сонша, олар басқа молекулалардың тарталыс күшін жеңіп сұйықтан ұшып шығу мүмкіндігіне ие болады. Булану процесі дегеніміз осы.

Ұшып шыққан молекула газдың ретсіз жылулық қозғалысына қатынасып, ретсіз қозғала отырып, бұл молекула ашық ыдыстағы сұйық бетінен бір жола кетіп қалуы немесе сұйыққа қайтып оралуы да мүмкін. Мұндай үдеріс конденсация деп аталады.

Булану кезінде неғұрлым жылдам қозғалатын молекулалар сұйықтан ұшып шығады. Сондықтан сұйық молекулаларының орташа кинетикалық энергиясы азаяды. Ал бұл сұйық температурасының төмендігін көрсетеді. Мысалы: тез буланатын сұйықтардың бірін (бензинді немесе ацетонды) қолыңа жағып, бірден олардың қолға жағылған жерінің өте салқындағанын сезінесің.

Егер сұйық беті май қабатымен жабылған болса, онда май тез қозғалатын молекулалардың шығып кетуіне кедергі жасайды. Сұйық буланбайды деуге болады және оның температурасы баяу төмендейді. Ыдысқа сұйық құйып бетін жапқаннан кейін алғашқы кезде сұйық буланады да будың тығыздығы арта бастайды. Бірақ онымен бірге сұйыққа қайта оралатын молекулалардың саны да өсіп отыратын болады.

Температура тұрақты болған жағдайда осының нәтижесінде жабық ыдыстағы сұйық пен бу арасында біртіндеп динамикалық тепе-теңдік қалыптасады. Сұйық бетінен шығып кететін молекула саны орта есеппен сол уақыт ішінде сұйыққа қайтып оралатын бу молекулаларының санына тең болады.

Өз сұйығымен динамикалық тепе-теңдікте болатын бу қаныққан бу делінеді. Булану кезінде сұйық бетінен ұшып шыққан молекулалар саны сұйық бетіне қайта оралған молекула санынан артық болса, онда мұндай буды қанықпаған бу деп атаймыз.

Сұйық температурасының артуымен бірге булану күшейе түеді. Ақырында сұйық қайнай бастайды.

Қайнау – бұл ашық сұйық бетінде ғана емес сұйық ішінде де будың пайда болуы.

Қайнау кезінде сұйықтың барлық көлемі бойынша тез ұлғаятын бу көпіршіктері пайда болады да олар сұйық бетіне қалқып шығады. Көпіршіктер ішіндегі сұйық булары қаныққан бу болып есептелінеді.

Температураның өсуімен бірге қаныққан бу қысымы да артады, көпіршіктер ұлғаяды. Кері итеру күші әсерінен олар жоғары көтеріледі. Егер сұйықтың жоғары қабаттарының температурасы едүші әсерінен олар жоғары көтеріледі. Егер сұйықтың жоғары қабаттарының температурасы едәуір төмен болса, онда бұл қабаттардағы көпіршіктер ішінде будың конденсациясы байқалады. Қысым күрт төмендейді де көпіршіктер жарылады. Осындай көптеген көпіршіктердің жарылуы өзіне тән шу туғызады. Сұйық едәуір қызғанда, көпіршіктердің жарылуы тоқталады да, олар сұйық бетіне қалқып шығады. Сұйық қайнайды. Плита үстіндегі шәйнекке зер салсақ шәйнектің қайнау алдында ызылдауын тоқтатқанын байқаймыз.