Energia wewnętrzna ciała - scenariusz lekcji

KONSPEKT LEKCJI NA TEMAT:

ENERGIA WEWNĘTRZNA CIAŁA.
I ZASADA TERMODYNAMIKI

I Cele operacyjne
Uczeń potrafi
wyjaśnić, co to jest energia wewnętrzna
wyjaśnić, w jaki sposób można zmienić wartość energii wewnętrznej ciała
zdefiniować pojęcie temperatura
wyjaśnić, że zmiana temperatury ciała świadczy o zmianie jego energii wewnętrznej
omówić sposoby przekazywania ciepła ( przewodzenie, konwekcja, promieniowanie)
wskazać substancje, które są dobrymi przewodnikami ciepła i podać przykłady ich zastosowania
podać treść I zasady termodynamiki

II Metody
pogadanka

III Przebieg lekcji
(wytłuszczony druk to notatka podana uczniom do zeszytów)

1. Część nawiązująca
1. Wprowadzenie do nowego działu.
2. Przypomnienie wiadomości dotyczących energi.
pytania zadawane uczniom
Jakie rodzaje energii zostały omówione w poprzednim rozdziale (potencjalna, kinetyczna)?
Czy istnieje związek między tymi rodzajami energii: TAK?
czym mówi zasada zachowania energii?
Kiedy jest spełniona zasada zachowania energii mechanicznej?
jeżeli nie występują opory ruchu.
3. Co się dzieje z ciałem, jeżeli ciało porusza się z tarciem?
(rozważenia prowadzące do uzyskania odpowiedzi)
4. Przemiany energii w ruchu z tarciem
przykład: tocząca kulka po poziomym stole
(Ep – stała, Ek – maleje od pewnej wartości do zera; E = Ek +Ep – maleje?)
Czy oznacza, to że w ruchu z tarciem nie jest spełnione prawo zachowania energii?
dokładniejsze badania ruchu z tarciem
dośw. 39, podręcznik str. 108
Obserwacja: rozgrzanie się różnych ciał
przykłady z obserwacji życia codziennego, w których odczuwa się rozgrzanie ciał
np. rozgrzanie opon samochodowych podczas hamowania, wierteł wiertarki (które trzeba studzić w zimnej wodzie) podczas pracy, metalu podczas piłowania itp.)
Wniosek: W czasie ruchu z tarciem zwiększa się temperatura
praktyczne konsekwencje wzrostu temperatury w ruchu z tarciem
zapalanie się zapałek , osi pojazdów mechanicznych, rozgrzewanie skrzydeł samolotów naddźwiękowych i promów kosmicznych podczas lotu w powietrzu
5. Przypomnienie wiadomości dotyczących cząsteczkowej budowy materii
6. Wprowadzenie pojęcia energii wewnętrznej
Energia wewnętrzna (Ew) – jest sumą energii kinetycznej chaotycznego ruchu cząsteczek i energii potencjalnej wzajemnych oddziaływań
7. Sformułowanie tematu lekcji
8. Udzielenie odpowiedzi na zadane wcześniej pytanie
W ruchu z tarciem wzrasta energia wewnętrzna. Wzrost energii wewnętrznej jest dokładnie równy ubytkowi energii kinetycznej.
9. Zdefiniowanie temperatury
Temperatura ciała jest miarą średniej energii kinetycznej cząsteczek
Sposoby przeliczeń jednostek temperatury ( przypomnienie)
T = (tc + 273) K gdzie, T – temperatura w skali Kelwina
tc = (T – 273) 0C gdzie, tc – temperatura w skali Celsjusza
przykłady:
a) tc = 1000C T = ?
T = (100 +273)K = 373K
b) T = OK tc = ?
tc = (0 – 273)0C = - 2730C
c) tc = 00C T = ?
T = (0 + 273)K = 273K

10. Wymiana energii przez pracę
wzrost energii – praca wykona przez siły zewnętrzne
przykłady: uderzenie gwoździa młotkiem, pompowanie piłki lub dętki rowerowej, ściskanie tłokiem gaz zamknięty w naczyniu
zmniejszanie energii – ciało wykonuje pracę na zewnątrz
przykłady: rozprężający się gaz w naczyniu, dmuchanie powietrza przez wargi.
11. Definicja ciepła
Ciepło – to ta część energii wewnętrznej, która jest przekazywana podczas kontaktu cieplnego dwóch ciał o różnych temperaturach
∆Ew = Q
12. Sposoby przekazywania ciepła
przewodzenie
przykłady przewodników (miedź, złoto, diament, grafit) i izolatorów (szkło, sztuczne tworzywo, drewno)
budowa termosu, pióra ptasie, izolacja mieszkań
konwekcja
przykłady konwekcji w cieczach i gazach (ruch wody w podgrzewanym garnku; wirowy przepływ powietrza w pokoju, w pomieszczeniach
zjawisko konwekcji w atmosferze ziemskiej odpowiedzialne jest za powstawanie wiatrów, a w morzach – prądów morskich
promieniowanie – rola przekazywania energii przez promieniowanie w kosmosie
praktyczne konsekwencje promieniowania
promieniowanie wysyłane przez roztopioną stal w hucie
wyjaśnienie po co srebrzy się termosy
13. Wymiana energii przez przepływ cieplny
Kiedy zachodzi cieplny przepływ energii?
gdy istnieją w układzie różnice temperatur
praktyczne znaczenie cieplnego przepływu energii; gotowanie potraw, ogrzewanie mieszkań, rozgrzewanie metalu
14. Podsumowując rozważania uczniowie zapisują notatkę do zeszytu
Sposoby wymiany energii wewnętrznej ciała
a) przez wykonanie pracy
energia wewnętrzna ciała wzrasta – gdy nad ciałem wykonana jest praca
energia wewnętrzna ciała maleje – gdy ciało samo wykonuje pracę na zewnątrz
b) przez cieplny przepływ
energia wewnętrzna ciała wzrasta – jeżeli energia przez cieplny przepływ dopływa z otoczenia do ciała
przykłady
wzrost temp. wody w garnku pozostawionego na kuchence gazowej, drutu włożonego do płomienia itp.
energia wewnętrzna ciała maleje – jeżeli energia przez cieplny przepływ odpływa od ciała do otoczenia
przykłady
szklanka z wrzątkiem pozostawiona na stole stygnie

przykłady w których oba sposoby zmiany energii wewnętrznej zachodzą równocześnie
uderzony młotkiem gwóźdź leżący na stole gorącym kowadle, mieszanie wody w zlewce z wiatraczkiem obracanym silniczkiem
15. Sformułowanie I zasady termodynamik
Zmiana energii wewnętrznej ciała jest równa sumie pracy wykonanej przez siły zewnętrzne działające na to ciało i energii przekazanej przez przepływ ciepła
∆Ew = W = Q

∆Ew – przyrost energii wewnętrznej
W – praca wykonana nad ciałem
Q – ilość przekazanego ciepło