Конспект урока закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах: План-конспект урока «Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах» 8 класс

Содержание

План-конспект урока «Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах» 8 класс

План-конспект (технологическая карта) урока физики.

Предмет: физика.

МБОУ Лесногородская СОШ

Преподаватель: Немцова А.Ю.

8 класс 16.10.2019

«Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах.»

Тип урока:

урок усвоения новых знаний

Номер урока (год/тема)

12/12

Цель:

Сформировать знания о законе сохранения энергии для тепловых процессов.

Показать универсальность закона сохранения энергии на примере механических и тепловых процессов.

Задачи:

Образовательные: 1) ввести понятие полной механической энергии;

2) совершенствовать навыки решения задач с использованием закона сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах.

Развивающие: 1) создать условия для: совершенствования интеллектуальных способностей и мыслительной деятельности обучающихся;

2) формирования у обучающихся умений сопоставлять, сравнивать, обобщать, делать выводы;

3) развивать познавательную активность учащихся посредством постановки проблемных экспериментов и вопросов;

4) развивать умения применять знания при решении задач.

Воспитательные: создать условия для:

1) формирования коммуникативных качеств, культуры общения, воспитания наблюдательности;

2) знакомства с эмпирическим и теоретическим уровнями познания научных фактов и закономерностей;

3) способствовать формированию научного мировоззрения, ответственного отношения к учению, содействовать воспитанию усидчивости, аккуратности при выполнении заданий.

Планируемый результат. Метапредметные результаты. 1. Сформированность познавательных интересов, направленных на развитие представлений о законе сохранения энергии;

2. Умение работать с источниками информации, включая эксперимент;

3. Умение преобразовывать информацию из одной формы в другую.

Предметные результаты:

уметь использовать полученные теоретические знания для объяснения процессов и явлений, происходящих в жизни.

УУД

Личностные: Осознанное, уважительное и доброжелательное отношение к другому человеку, его мнению; готовность и способность вести диалог с другими людьми и достигать в нём взаимопонимания.

Познавательные: Выделяют и формулируют познавательную цель. Строят логические цепи рассуждений. Производят анализ и преобразование информации.

Регулятивные: Умение определять потенциальные затруднения при решении учебной задачи; планировать и корректировать.

Коммуникативные: Умение организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками; работать индивидуально и в группе: находить общее решение и разрешать конфликты на основе согласования позиций и учета интересов.

Содержание и основные понятия темы.

Полная механическая энергия, внутренняя энергия, потенциальная энергия, кинетическая энергия, закон сохранения энергии.

Организация пространства

1.Слушание объяснения учителя.

2. Наблюдение демонстрационного эксперимента.

3.Самостоятельная работа с учебником.

4.Решение задач из интерактивной презентации с последующей самопроверкой.

Технология проблемного обучения и технология сотрудничества.

1.словесные;

2.наглядные;

3.практические.

Индивидуальная, общеклассная, в парах постоянного состава.

Физическое оборудование:

Пружинный маятник, резиновый и пластилиновый шарики равного размера.

Ресурсы:

Проектор, презентация, учебник, сборник задач В.И. Лукашика.

Структура и ход урока.

Предлагает организовать деятельность согласно предложенным заданиям.

1) Предлагает обсудить ДЭ;

2) Предлагает обсудить материал презентации;

3)Предлагает решить задачи.

Изучение нового материала

1)Смотрят. Обсуждают.

2)Смотрят. Отвечают. Записывают.

3) Решают задачи.

Личностные, познавательные, регулятивные

30 мин.

Рефлексивно-оценочный этап

4.

Рефлексия (подведение итогов).

Формируется адекватная самооценка личности, своих возможностей и способностей, достоинств и ограничений.

Предлагает ответить на вопросы.

Отвечают.

Личностные, познавательные, регулятивные

3 мин.

5.

Подача домашнего задания.

Закрепление изученного материала.

Запись на доске.

Записывают в тетрадь.

Личностные

1 мин.

Приложение.

Содержание урока.

Здравствуйте дети! Я рада встрече с Вами!

1. Актуализация знаний и мотивация.

1)Актуализация опорных знаний.

Физика – это наука о природе. Она разгадывает много загадок мироздания. Одну из них мы с Вами будем разгадывать сегодня.

Какие Вы знаете виды энергии? (Выслушать ответы обучающихся).

Чем эти виды энергии отличаются? (Выслушать ответы обучающихся.)

А какой основополагающий закон нашего мироздания говорит нам об энергии? (Закон сохранения энергии).

Назовите тему урока. (в тетради записываем число, тему урока) (На доске записывается название темы урока: «Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах».)

2. Изучение нового материала.

Какая цель на уроке? – изучить закон сохранения энергии.

Что мы для этого должны узнать? Какие задачи решить? Что Вас интересует?

— определить виды механической энергии;

— узнать закон сохранения энергии;

— получить формулу для закона сохранения энергии;

— вспомнить размерность энергии в системе СИ;

— научиться применять знания на практике.

Демонстрационный эксперимент 1 с пружинным маятником: колебание подвешенного на пружине груза.

Какими энергиями обладает маятник в крайних верхнем и нижнем положениях? – В крайних верхней и нижней точках маятник обладает только потенциальной энергией упругой деформации, поскольку груз в этот момент неподвижен.

Какие превращения энергии происходят при движении маятника? – Происходят взаимные превращения потенциальной энергии упругодеформированной пружины в кинетическую энергию движения груза маятника.

Что произойдет с маятником через некоторое время? – Маятник остановится.

Чему в этот момент будет равна полная механическая энергия маятника? – Полная механическая энергия маятника будет равна нулю.

Куда же «исчезла» эта энергия? Я предлагаю Вам выдвинуть Вашу гипотезу. – Полная механическая энергия не «исчезла», а преобразовалась во внутреннюю энергию.

Итак, Вы выдвинули гипотезу, что полная механическая энергия перешла в другой вид энергии – внутреннюю энергию. Давайте для ее подтверждения проведем еще один эксперимент.

Демонстрационный эксперимент 2 с падением резинового и пластилинового шарика с небольшой одинаковой высоты на одну и ту же поверхность.

Два шарика одинаковых размеров: один – резиновый, а второй – пластилиновый, свободно падают с одинаковой высоты на поверхность кафедры. Что происходит с шариками? – Резиновый шарик отскакивает от стола, а пластилиновый «прилипает» к столу.

Поднимается ли резиновый шарик на ту же высоту, с которой он упал? – Нет, он поднимается на меньшую высоту.

С чем это связано? – Часть его полной механической энергии при соударении с кафедрой перешла во внутреннюю энергию.

А почему пластилиновый шарик не отскочил от кафедры? – Его полная механическая энергия при соударении и деформации пластилинового шарика полностью перешла во внутреннюю энергию шарика.

Благодаря каким силам в первом эксперименте механическая энергия маятника преобразуется во внутреннюю? – Механическая энергия маятника преобразуется во внутреннюю благодаря действию сил трения.

А во втором эксперименте какие силы преобразуют механическую энергию шариков во внутреннюю? – Силы трения и силы упругости.

Какой же вывод мы с Вами можем сделать из всех поставленных экспериментов? Что энергия не исчезает и не появляется вновь. Она только переходит от одного тела к другому и из одного вида в другой. А теперь зафиксируйте в тетради формулировку всеобщего закона природы:

(Слайд 1 презентации) Закон сохранения энергии:

Полная механическая энергия, т.е. сумма потенциальной и кинетической энергии тела, остается постоянной, если действуют только силы упругости и тяготения и отсутствуют силы трения.

Е=Екп

Могли бы Вы привести пример перехода внутренней энергии в механическую энергию? – При сгорании топлива в двигателе внутреннего сгорания машины, внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию движения этой машины.

Вспомните лабораторную работу №1, которую мы с Вами делали «Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры». Какие превращения энергии происходили в этой лабораторной работе? – Внутренняя энергия горячей воды переходила во внутреннюю энергию холодной воды.

Изучение явлений превращения одного вида энергии в другой привело к открытию одного из основных законов природы — закона сохранения и превращения энергии. Запишите его в тетрадь.

(Слайд 2 презентации) Закон сохранения и превращения энергии:

Во всех явлениях, происходящих в природе, энергия не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, при этом ее значение сохраняется.

Закон сохранения энергии был открыт экспериментальным путем независимо друг от друга тремя учеными: Робертом Майером (немецкий физик и врач), Джеймсом Прескоттом Джоулем (английский физик) и Германом Гельмгольцем (немецкий ученый).

Почти за сто лет до этого, к открытию этого закона очень близко подошел выдающийся русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов.

А сейчас давайте посмотрим, где же в современном мире человеком используется преобразование одного вида энергии в другой.

(Слайд 3 презентации) Солнечные панели.

(Слайд 4 презентации) Атомная электростанция.

(Слайд 5 презентации) Ветряной генератор.

(Слайд 6 презентации) Электростанция, использующая приливы и отливы.

Пояснение изображений на слайдах.

Решение задач.

1) Упр.10 (1): Молот копра при падении ударяет о сваю и забивает её в землю. Какие превращения и переходы энергии при этом происходят? (Следует учесть, что свая и почва нагреваются при ударе.)

В процессе падения силами тяжести производится работа, приводящая к переходу потенциальной энергии поднятого копра в кинетическую.

При ударе молота о сваю часть кинетической энергии молота переходит во внутреннюю энергию сваи и молота (и свая и молот нагреваются в месте удара). Часть кинетической энергии молота передаётся свае — она обретает некоторую скорость. Кинетическая энергия сваи переходит в тепловую — во внутреннюю энергию молекул сваи и почвы — в которой почве свая движется, совершая работу против сил трения сваи о грунт.

2) Упр. 10 (4): Опишите все превращения и переходы энергии, которые происходят при натирании трубки с эфиром, закрытой пробкой (см. рис. 3 учебника).

При натирании трубки совершается работа. За счет работы происходит изменение внутренней энергии трубки и паров эфира внутри трубки. Так как увеличивается внутренняя энергия паров эфира, то взрастает кинетическая энергия поступательного движения молекул эфира. По этой причине давление паров эфира возрастает. За счет высокого давление происходит выбивание пробки при этом часть внутренней энергии идет на увеличение кинетической энергии пробки.

3) Самостоятельное решение задач из сборника задач В. И. Лукашика № 1047, 1051. Проверка полученных ответов соседом по парте.

3. Рефлексия.

Наш урок подходит к концу. Мы с Вами в очень активной форме изучили всеобщий закон сохранения энергии, вспомнили основные формулы. Вы учились применять свои знания в новых ситуациях. И у Вас это получилось.

Что нового Вы узнали сегодня на уроке? Чему научились? Выслушать ответы учащихся.

4. Домашнее задание: §11, упр.10 (2, 3), Л. 1053, 1032, прочесть раздел «Это любопытно» после §11.

Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах»

Урок №12

Тема: Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах

Цель: изучение закона сохранения и превращения энергии

Задачи:

  1. Продолжить развитие мышления учащихся, формирование у них умения наблюдать и объяснять природные явления с физической точки зрения

  2. Продолжить формирование навыков решения задач по физике, а именно на применение закона сохранения и превращения энергии

  3. Продолжить формирование овладения учащимися физическими терминами при формулировке ответов и решении качественных задач физики по изучаемой теме

Ход урока

  1. Орг. Момент

  2. Повторение изученного материала (проверка д/з)

  • Что такое удельная теплота сгорания топлива?

  • Как обозначают и в каких единицах измеряют удельную теплоту сгорания топлива?

  • Что означает выражение «удельная теплота сгорания топлива 1,2*107 Дж/кг»?

  • Как вычислить количество теплоты, выделяемого при сгорании топлива? (формула)

Разделить учащихся на 4 варианта, раздать карточки с задачами на 5 минут.

  1. Объяснение нового материала (беседа)

Вспомним что такое кинетическая энергия (энергия движения Е=mv2/2), что такое потенциальная энергия (энергия взаимодействия) и как рассчитать потенциальную энергию тела поднятого над Землей (E=vgh).

Рассмотреть превращение энергии при подбрасывании мяча, мы сообщаем ему энергию движения – кинетическую энергию

Мо мере движения мяча вверх его скорость уменьшается, а вместе с ней уменьшается кинетическая энергия. Вместе с тем увеличивается потенциальная энергия за счет увеличения высоты h.

В некоторой точке мяч останавливается, т.е. его кинетическая энергия в этой точке равна нулю, а потенциальная энергия максимальна. Таким образом, движение мяча вверх сопровождается превращением кинетической энергии в потенциальную. При движении тела вниз происходит обратный процесс. Потенциальная энергия превращается в кинетическую.

При этих превращениях полная механическая энергия, т.е. сумма потенциальной и кинетической энергии, остается неизменной. E=Eпк Если мы считаем потенциальную энергию у поверхности Земли равной нулю и пренебрегаем силами трения и сопротивления среды

В этом и заключается закон сохранения полной механической энергии. Однако мы знаем что кроме механической энергии существует внутренняя энергия (суммарная кинетическая и потенциальная энергия молекул тела). Если вернуться к примеру и рассмотреть что происходит дальше, мяч упал, потенциальная энергия и кинетическая равны нулю.

Это вовсе не означает, что энергия исчезла, но куда же она делась?

Демонстрация: в стакан наливаем горячую воду через некоторое время вода остывает, сл-но внутренняя энергия воды уменьшилась, однако вместе с остыванием воды происходит нагревание стакана, сл-но его внутренняя энергия увеличилась.

Вопросы:

  1. Почему уменьшилась внутренняя энергия воды, куда она исчезла?

  2. За счет чего увеличилась внутренняя энергия стакана?

  3. Куда еще могла перейти внутренняя энергия горячей воды?

Изучение явлений превращений одного вида энергии в другой привело к открытию одного из основных законов природы – закона сохранения и превращения энергии. (стр 28 учебника).

Во всех явлениях, происходящих в природе, энергия не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, при этом ее значение сохраняется.

Просмотрите §11

  1. Закрепление нового материала

Если у учащихся нет вопросов, перейти к фронтальному опросу стр 29 вопросы и упр 6.

  1. Подведение итогов урока

Сегодня мы с вами вспомнили, что такое механическая энергия, закон сохранения механической энергии и познакомились с одним из фундаментальных законов природы – закон сохранения и превращения энергии: Во всех явлениях, происходящих в природе, энергия не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, при этом ее значение сохраняется.

Выставление отметок.

Д/з выучить закон, читать §11 и задача №1054 из сборника задач Лукашика В.И.

Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процесса

На первых уроках мы уже затрагивали явление превращения одной формы энергии в другую. Сегодня мы поговорим об этом более подробно. В примере с падением мяча мы выясняли, что потенциальная энергия превратилась в кинетическую в результате свободного падения.

Мы говорили о том, что полная механическая энергия равна сумме кинетической и потенциальной энергий: E=Еп + Ек = const.

Если поверхность Земли взять за нулевую высоту, то полная механическая энергия будет оставаться постоянной в каждый момент времени. Это и есть закон сохранения механической энергии. Следует помнить, что при воздействии сил сопротивления (таких, как сила трения, например), происходят потери энергии. Однако, если такие силы отсутствуют, то суммарная механическая энергия тела не меняется.

Также, мы уже знаем, что остывающее тело отдаёт ровно столько энергии, сколько получает нагревающееся тело, с которым оно взаимодействует. Кроме того, мы видели примеры превращения механической энергии во внутреннюю. Пример обратного процесса — движение автомобиля, потребляющего энергию двигателя внутреннего сгорания. Теперь мы знаем, что энергия не просто превращается, но и сохраняется, какие бы процессы ни происходили. Если внимательно подсчитать все затраты энергии и учесть все факторы, то мы убедимся, что начальный запас энергии какого-либо тела будет равен сумме всех затрат и энергии, оставшейся у тела.

Например, лыжник скатывается с горы. Он обладал потенциальной энергией вследствие нахождения на определённой высоте. Под действием силы притяжения, он набрал некоторую скорость. Значит, часть потенциальной энергии превратилась в кинетическую энергию. Также,  каким бы скользким ни был снег, присутствие силы трения неизбежно (иначе, лыжи бы никогда не остановились, набрав скорость).

В результате трения часть энергии передалась лыжам, а часть — поверхности, с которой был непосредственный контакт. Кроме того, существует сила сопротивления воздуха, которая также способствует потерям энергии. В подобных ситуациях она, как правило, ничтожно мала, поэтому её не учитывают в приблизительных расчетах.

Другой пример сохранения энергии — это кипячение воды на костре.

Значительная часть тепловой энергии костра передаётся окружающей среде посредством излучения. Также, люди, находящиеся рядом с костром, греются, т.е. поглощают энергию. Часть энергии передаётся котлу и воде, которая нагревается. Часть воды превращается в пар, и в результате конвекции энергия переносится в верхние слои воздуха. В конце концов, какая-то часть энергии дойдет до слоёв атмосферы, где значительная часть воздуха охладится и вернётся в виде осадков. Взятие во внимание всех подобных факторов приведёт к сложным расчётам, однако, если эти расчёты будут выполнены достаточно щепетильно, то мы получим знак точного равенства между суммами начальной и конечной энергий.

Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах (8 класс)

Тема: Тепловые явления

Урок: Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах

1. Примеры на взаимное превращение одних видов механической энергии в другую (падение тела, маятники)

Ранее мы уже рассматривали возможность превращения одного вида механической энергии в другой, например, потенциальной в кинетическую или, наоборот, кинетической в потенциальную. Также мы приводили пример периодического превращения потенциальной и кинетической энергии друг в друга.

Пример 1.Переход потенциальной энергии в кинетическую.

Этот пример мы уже рассматривали в курсе 7 класса и в начале изучения этого раздела тоже. Если представить себе тело, закрепленное на некоторой высоте, то оно имеет некую потенциальную энергию относительно уровня поверхности. Потом, если это тело отпустить, то оно начнет падать, т. е. его высота будет уменьшаться, и ускоряться, т. е. увеличивать свою скорость. Следовательно, его потенциальная энергия будет уменьшаться, а кинетическая увеличиваться (рис. 1), энергии будут превращаться друг в друга. В момент перед самым прикосновением с землей вся потенциальная энергия тела переходит в кинетическую.

Пример 2.Периодические превращения типов механической энергии (маятники). Рассмотрим по очереди три вида маятников: математический, пружинный, маятник Максвела.

1. Маятник Максвела представляет собой диск, закрепленный на оси, на которую наматываются две нити (рис. 2).

Принцип работы этого маятника следующий: сначала нити наматываются на ось, тем самым поднимая маятник вверх и сообщая ему дополнительную потенциальную энергию, затем диск маятника отпускают, и он начинает, раскручиваясь, двигаться вниз, нить разматывается до конца, затем наматывается снова по инерции и т. д.

Таким образом, можно наблюдать следующие преобразования механической энергии: начальное накопление потенциальной энергии – превращение ее в кинетическую энергию – превращение в потенциальную…

2. Математический маятник (груз на нити) – материальная точка, совершающая колебания под действием силы тяжести на длинной нерастяжимой нити (рис. 3).

Для начала колебательного процесса в этом маятнике отводим тело, подвешенное на нити, от положения равновесия (придаем ему потенциальную энергию) и отпускаем, после этого наблюдаются горизонтальные колебания в вертикальной плоскости, и мы можем видеть похожие на предыдущий пример превращения энергии: подъем – переход кинетической энергии в потенциальную, опускание – переход потенциальной в кинетическую и т. д.

3. Пружинный маятник – груз, совершающий колебания на пружине под действием силы упругости (рис. 4).

Если подвесить груз к пружине и оттянуть ее вниз (придать пружине потенциальную энергию), а затем отпустить, то будут наблюдаться более сложные превращения энергии: потенциальная энергия пружины в кинетическую и потенциальную энергию груза и наоборот.

2. Закон сохранения механической энергии

Все приведенные примеры экспериментов говорят о том, что мы уже знаем, что полная механическая энергия тела (сумма кинетической и потенциальной) не меняется или, как говорят по-другому, сохраняется. Это мы называем законом сохранения механической энергии:

Eп + Eк = E = const

Замечание.Важно помнить, что этот закон выполнен только для замкнутой системы тел.

Определение.Замкнутая система тел – это та система, в которой не действуют внешние силы.

3. Примеры на переход механической энергии во внутреннюю и наоборот (деформация, удар, двигатели)

Пример 3. Теперь необходимо перейти к основной части нашей сегодняшней темы и вспомнить каким образом механическая энергия может переходить во внутреннюю. Происходит этот процесс путем совершения механической работы над телом, например, при сгибании и разгибании проволоки она будет нагреваться, при нескольких ударах молотка о наковальню нагреется и молоток и наковальня.

Пример 4. Возможен и обратный процесс, когда внутренняя энергия будет переходить в механическую. Например, подобные процессы происходят в двигателе внутреннего сгорания (рис. 5).

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания основан на преобразовании энергии сгорания топлива в механическую энергию движения поршней, которая затем через передаточные механизмы преобразуется в энергию вращения колес автомобиля.

Аналогичный принцип превращения внутренней энергии в механическую происходит и в паровых двигателях (рис. 6).

4. История изучения преобразования механической и тепловой энергии

Вопросами преобразований механической и внутренней энергий очень активно занимались в XIX веке. Основные исследования были проведены следующими учеными.

Немецкий ученый Юлиус Майер (рис. 7) показал в своих экспериментах, что возможны взаимные превращения внутренней и механической энергий и что изменение внутренней энергии в таких процессах эквивалентно совершенной работе.

Отдельный интерес составляет работа английского ученого Джеймса Джоуля (рис. 8), который с помощью ряда экспериментов получил доказательство того, что между совершенной над телом работой и его изменением внутренней энергии существует точное равенство.

Особый интерес составляет тот факт, что в 1843 году французский инженер Густав Гирн (рис. 9) с помощью серии своих экспериментов попытался развенчать то, что доказывали Майер и Джоуль, но результаты его экспериментов, наоборот, только еще раз доказали соответствие в превращениях механической энергии во внутреннюю.

5. Закон сохранения энергии

Для возможности корректного описания процессов теплообмена важно, чтобы система, в которой они происходят, была теплоизолированной и внешние теплообменные процессы не влияли на тела, находящиеся в рассматриваемой системе.

В таком случае выполнен закон сохранения энергии – если система является замкнутой и теплоизолированной, то энергия в этой системе остается неизменной.

Замечание. Данный закон еще очень часто именуют основным законом природы.

Сегодня мы поговорили о взаимных превращениях различных типов механической энергии друг в друга: механической в тепловую, тепловой в механическую. Кроме того, мы рассмотрели важнейший закон физики – закон сохранения энергии.

На следующем уроке мы изучим уравнение теплового баланса.

Если Вы являетесь автором этой работы и хотите отредактировать, либо удалить ее с сайта — свяжитесь, пожалуйста, с нами.

Конспект урока «Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процесса»

На этом уроке мы познакомимся с важнейшим законом физики и одним из фундаментальных законов природы. Это закон сохранения энергии. Мы рассмотрим, как этот закон применим к механическим и тепловым процессам. Конспект урока «Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процесса» На первых уроках мы уже затрагивали явление превращения одной формы энергии в другую. Сегодня мы поговорим об этом более подробно. В примере с падением мяча мы выясняли, что потенциальная энергия превратилась в кинетическую в результате свободного падения. Мы говорили о том, что полная механическая энергия равна сумме кинетической и потенциальной энергий: E=Еп + Ек = const. Если поверхность Земли взять за нулевую высоту, то полная механическая энергия будет оставаться постоянной в каждый момент времени. Это и есть закон сохранения механической энергии. Следует помнить, что при воздействии сил сопротивления (таких, как сила трения, например), происходят потери энергии. Однако, если такие силы отсутствуют, то суммарная механическая энергия тела не меняется. Также, мы уже знаем, что остывающее тело отдаёт ровно столько энергии, сколько получает нагревающееся тело, с которым оно взаимодействует. Кроме того, мы видели примеры превращения механической энергии во внутреннюю. Пример обратного процесса — движение автомобиля, потребляющего энергию двигателя внутреннего сгорания. Теперь мы знаем, что энергия не просто превращается, но и сохраняется, какие бы процессы ни происходили. Если внимательно подсчитать все затраты энергии и учесть все факторы, то мы убедимся, что начальный запас энергии какого-либо тела будет равен сумме всех затрат и энергии, оставшейся у тела. Например, лыжник скатывается с горы. Он обладал потенциальной энергией вследствие нахождения на определённой высоте. Под действием силы притяжения, он набрал некоторую скорость. Значит, часть потенциальной энергии превратилась в кинетическую энергию. Также, каким бы скользким ни был снег, присутствие силы трения неизбежно (иначе, лыжи бы никогда не остановились, набрав скорость). В результате трения часть энергии передалась лыжам, а часть — поверхности, с которой был непосредственный контакт. Кроме того, существует сила сопротивления воздуха, которая также способствует потерям энергии. В подобных ситуациях она, как правило, ничтожно мала, поэтому её не учитывают в приблизительных расчетах. Другой пример сохранения энергии — это кипячение воды на костре. Значительная часть тепловой энергии костра передаётся окружающей среде посредством излучения. Также, люди, находящиеся рядом с костром, греются, т.е. поглощают энергию. Часть энергии передаётся котлу и воде, которая нагревается. Часть воды превращается в пар, и в результате конвекции энергия переносится в верхние слои воздуха. В конце концов, какая-то часть энергии дойдет до слоёв атмосферы, где значительная часть воздуха охладится и вернётся в виде осадков. Взятие во внимание всех подобных факторов приведёт к сложным расчётам, однако, если эти расчёты будут выполнены достаточно щепетильно, то мы получим знак точного равенства между суммами начальной и конечной энергий.

План-конспект урока по физике по теме: Закон сохранения энергии ❤️

Цель урока: раскрыть сущность закона сохранения и превращения энергии в механических процессах, обозначить границы его действия, показать практическое значение закона.

Ход урока

Проверка домашнего задания проведением самостоятельной работы

Вариант -1 a) Вычислите работу, которую совершает пружина при перемещении груза.

А = — (k Δl²₂/2 – k Δl²₁)

б) Для растяжения пружины на 4мм необходимо совершить работу 0,02Дж. Какую работу надо совершить, чтобы растянуть пружину на 4 см?

А₁ = k Δl₁²/2; k = 2A₁/Δl₁²; A₂ = k·Δl₂²/2 = 2A₁ Δl²₂/2Δl₁² = Δl²₂/Δl²₁; A₂ = 0.02·(4·10̄̄̄̄—2)2/(4·10-3)2 = 2 (Дж)

Вариант – 2 а) Вычислите работу силы тяжести при падении тела вертикально вниз.

А = — (m g h3 – m g h2)

б) Человек поднимает ящик массой 10 кг с пола на высоту 1 м, затем переносит ящик, не изменяя высоты, на расстояние 10 м и снова опускает его на пол. Какую работу совершит человек на каждом этапе деятельности? Чему равна полная работа, совершенная человеком?

А1 = m g h; A₂ = 0; A3 = — m g h; A₁ = 100 Дж; A₂ = 0; A3 = — 100 Дж; Aполн = 0

Изучение нового материала

1. Демонстрационные опыты.

А) Опыт с движущейся тележкой, приходящей в движение под действием опускающегося груза.

Б) Наблюдение колебаний шарика, подвешенного на нити.

Рассмотрим пример, когда при совершении работы увеличение кинетической энергии сопровождается убылью потенциальной энергии: A = ΔEk ; A = — ΔEp

Приравнивая правые части уравнений получим: ΔЕк = — ΔЕр; ΔЕк + ΔЕр = 0; Δ (Ек + Ер) = 0

2 Формирование понятия механической энергии системы:

Е = Ек + Ер — механической энергией системы называют величину равную сумме кинетической и потенциальной энергий системы.

3 Формулировка закона сохранения энергии для замкнутых систем.

А) mV²/2 + mgh = const — для системы, состоящей из тела массой m и Земли.

Б) mV²/2 + k·Δl²/2 = const — для системы, состоящей из тела массой m и пружины.

Закрепление изученного материала.

Задача. Тело массой 3 кг свободно падает с высоты 5 м. Найти потенциальную и кинетическую энергию тела на расстоянии 2 м от Земли.

У O 1 Запишем закон сохранения энергии для тела находящегося в состоянии 1 и 2.

m g h₁ = m g h₂ + mV²/2; так как Ek1 = 0; Ek2 = mV²/2

h₁

O 2 Ek2 = m g h₁ — m g h₂ = mg(h₁ — h₂) Ek2 = 3· 10· 2 = 60 (Дж)

h

Х

Подведение итогов урока.

Домашнее задание: § 52, 53, упр. 9 № 5,9.

На уроках физики мы изучали закон сохранения энергии

Введение

На уроках физики мы изучали закон сохранения энергии. Эта тема меня очень заинтересовала. Мне стал интересен тот факт, что энергия не откуда не возникает и никуда не исчезает. Я подумал, а можно ли создать такое изобретение, которое будет работать постоянно, и не будет черпать энергию извне. Посмотрев многие сводки и статьи, я узнал, что попытки создания такого изобретения, под названием «вечный двигатель», многочисленны, но безрезультатны.

Актуальность

Современная жизнь человека невозможна без использования самых разнообразных машин, облегчающих его жизнь. С помощью машин человек обрабатывает землю, добывает нефть, руду, прочие полезные ископаемые, передвигается и т.д. Основным свойством машин является их способность совершать работу. Во всех механизмах и машинах прежде, чем совершить работу, энергия переходит из одного вида в другой. Нельзя получить энергии одного вида больше, чем другого при любых превращениях энергии, т.к. это противоречит закону сохранения энергии. В связи с этим нельзя создать вечный двигатель, т.е. такой двигатель, в котором в результате превращения энергии одного вида ее получается больше, чем было. Так называемый вечный двигатель занимает в истории науки и техники особое и очень заметное место, несмотря на то, что он не существует и существовать не может. Этот парадоксальный факт объясняется прежде всего тем, что поиски изобретателей вечного двигателя, продолжающиеся более 800 лет, связаны с формированием представлений о фундаментальном понятии физики — энергии. Более того, борьба с заблуждениями изобретателей вечных двигателей и их ученых защитников в значительной степени способствовала развитию и становлению науки о превращениях энергии — термодинамики. У всех без исключения авторов, писавших о вечном двигателе, основное внимание уделялось так называемому вечному двигателю первого рода, которым занимались изобретатели прежних времен. Вечные двигатели второго рода, которые пытаются создать теперешние изобретатели, почти не рассматриваются. Между тем именно здесь находится центральный пункт полемики, связанной с предложениями о создании «инверсионных» энергетических устройств, могущих, якобы, обеспечить человечество энергией навечно и без расходования каких-либо возобновляемых и не возобновляемых ресурсов.

Вот как писал о значении для человечества вечного двигателя замечательный французский инженер Сади Карно: «Общее и философское понятие “perpetuum mobile” содержит в себе не только представление о движении, которое после первого толчка продолжается вечно, но действие прибора или какого-нибудь собрания таковых, способного развивать в неограниченном количестве движущую силу, способного выводить последовательно из покоя все тела природы, если бы они в нём находились, нарушать в них принцип инерции, способного, наконец, черпать из самого себя необходимые силы, чтобы привести в движение всю Вселенную, поддерживать и беспрерывно ускорять её движение. Таково было бы действительно создание движущей силы. Если бы это было возможно, то стало бы бесполезным искать движущую силу в потоках воды и воздуха, в горючем материале, мы имели бы бесконечный источник, из которого могли бы бесконечно черпать».

Действительно, положение о невозможности осуществления вечного двигателя первого рода очевидно для современного человека, который со школьных лет знает закон сохранения энергии. Закон сохранения энергии был сформулирован еще в 1748 году М.В. Ломоносовым, который писал: «…так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте; …Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому телу, которое от него движение получает.»

Цель: определить принцип действия вечного двигателя на примере воздействия магнитных полей.

Задачи:

  • выявить, на чем основывались принципы действия вечного двигателя;

  • изучить одну из моделей вечного двигателя;

  • проверить в опытной работе возможность постоянной работы вечного двигателя.

Используемые методы:

  1. Теоретические:

  2. Эмпирические:

Предмет исследования: одна из моделей предполагаемого вечного двигателя.

Теоретическое обоснование

Вечный двигатель (perpetuum mobile) — подразумевается прибор, который не только мог продолжать свое собственное движение неопределенно долгое время, но и мог бы при этом производить работу, не требуя поддержки своего движения извне, то есть создавал бы энергию из ничего.

Идея вечного движения была очень популярна в средние века. Обладание таким секретом такого двигателя казалось более заманчивым, чем даже искусство делать золото из недрагоценных металлов. Множество людей занималось этой неразрешимой проблемой. Среди них были даже люди с неплохим по тем временам образованием. Известно, что множество трудов Ньютона содержат конструкции вечного двигателя. В записях Леонардо да Винчи тоже были найдены несколько набросков perpetuum mobile.

Наиболее часто встречающаяся модель вечного двигателя, до сих пор возрождающаяся в различных вариациях благодаря горе-изобретателям.

Некоторые изобретатели вечных двигателей были просто жуликами, ловко надувавшими легковерную публику. Одним из наиболее выдающихся “изобретателей” был некий доктор Орфиреус (настоящая фамилия Бесслер). Перепробовав множество занятий, он пришёл к изобретению вечного двигателя. Основным элементом его двигателя было большое колесо, которое будто бы не только вращалось само собой, но и поднимало при этом тяжёлый груз на значительную высоту. Этот доктор имел множество высокопоставленных покровителей, таких как польский король Август II, ландграф Гессен-Кассельский. Последний предоставил изобретателю свой замок и всячески испытывал машину. Этим двигателем заинтересовался и Пётр I, который подумывал о его приобретении.

Считается, что первая схема вечного двигателя была предложена индийцем Бхаскара около 1150 года. Как показано на рисунке 1а, устройство должно было представлять колесо с набором трубок с тяжелой жидкостью (ртутью), закрепленных под некоторым углом к радиусу. По мнению изобретателя, перетекание жидкости в трубках должно было создать несимметрию в распределении грузов, которая и обеспечивала бы вечное вращение. Известный французский архитектор и инженер Виллар д’ Оннекур примерно через 100 лет предложил аналогичную схему вечного двигателя, показанную на рисунке 1б. Предполагалось, что нечетное число грузов на колесе обеспечит несимметрию и будет причиной вечного движения. По-видимому, попытки сделать двигатель именно в виде «вечного колеса» опирались на наиболее распространенный в средневековой Европе двигатель — водяное колесо. Одна из модификаций схемы (рис. 1 в) была предложена в 1438 году Ю. Мариано ди Жакопо из Сиены (город недалеко от Флоренции — родины Леонардо да Винчи).

Рис 1.

Опыт

Вечные двигатели обычно конструируют на основе использования следующих приёмов или их комбинаций:

1) подъём воды с помощью архимедова винта;

2) подъём воды с помощью капилляров;

3) использование колеса с неуравновешивающимися грузами;

4) природные магниты;

5) электромагнетизм;

6) пар или сжатый воздух.

Существует два типа вечных двигателей — те, что нарушают и первое, и второе начало термодинамики, и те, что нарушают только второе из них. Вот пример двигателя первого типа: металлический шар, расположенный между северным и южным полюсами магнита. Тяжелый металлический экран заслоняет шар от северного полюса, поэтому, если шар отпустить, он начнет двигаться к южному полюсу. При приближении его к южному полюсу металлический экран у северного полюса поднимается, в то время как другой экран между шаром и южным полюсом опускается. Шар меняет направление движения, начиная катиться обратно к северному полюсу. Точно в нужный момент экран у северного полюса падает, и шар начинает катиться обратно к южному полюсу. Как предположительно должен работать двигатель? Энергия извлекается из катящегося шара, и, если экраны расположены на концах такого балансира, на их поднимание и опускание энергия не тратится.

Недостаток этого двигателя в том, что если металлический экран движется в магнитном поле, то, согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в металле обязательно возникнет электрический ток. Это означает, что будет происходить утечка энергии из системы вследствие работы закона Ома. Легко видеть, что, если магниты достаточно сильны, чтобы заставить шар двигаться, они будут также достаточно сильны, чтобы вызывать большие потери сопротивления в металлических экранах при их опускании, поэтому двигатель, который на бумаге выглядит столь привлекательно, просто не будет работать.

Некоторые изобретатели предлагали более сложные вечные двигатели, и требовалось более тонкое понимание вопроса, чтобы увидеть изъяны в их конструкции. Но изъяны находятся всегда, вот почему ни одного такого двигателя мы не видели в работе. В середине ХХ века этот факт был признан Патентным бюро США. Измученное потоком патентных заявок на вечные двигатели, бюро объявило, что в будущем любая такая заявка должна сопровождаться работающей моделью. С тех пор заявители его больше не беспокоили.

Еще популярнее идея вечного двигателя стала в XVI-XVII веках, в эпоху перехода к машинному производству. Число известных проектов вечного двигателя перевалило за тысячу. Создать вечный двигатель мечтали не только малообразованные ремесленники, но и некоторые крупные ученые своего времени, так как тогда не существовало принципиального научного запрета на создание такого устройства.

Уже в XV-XVII веке прозорливые естествоиспытатели, такие как Леонардо да Винчи, Джироламо Кардано, Симон Стевин, Галилео Галилей сформулировали принцип: «Создать вечный двигатель невозможно».

На практике я решил проверить, действительно ли двигатель, основанный на принципе магнитных полюсов, действующих на шарик, не будет постоянно работать.

Я решил собрать этот двигатель. Взял магниты равной силы с противоположными полюсами. Между ними на одинаковом расстоянии от каждого полюса расположил металлический шарик.

Энергетических форм, состояний и преобразований — Урок

(0 оценок)

Быстрый просмотр

Уровень: 8 (6-8)

Необходимое время: 1 час 15 минут

(два занятия по 40 минут)

Урок Зависимость:

предметных областей: Физические науки, наука и техника

Ожидаемые характеристики NGSS:


Поделиться:

Резюме

Студенты участвуют во многих демонстрациях в течение первого дня этого урока, чтобы изучить основные понятия, связанные с формами и состояниями энергии. Эти знания затем применяются на второй день, когда учащиеся оценивают различные предметы повседневного обихода, чтобы определить, какие формы энергии преобразуются для выполнения намеченной задачи объекта. Учащиеся используют блок-схемы, чтобы проиллюстрировать форму и состояние энергии, втекающей и выходящей из процесса. Эта учебная программа по инженерному делу соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).

Инженерное подключение

Энергия существует во многих формах вокруг нас.Инженеры определили, как улавливать и высвобождать эту энергию в формах, которые наиболее полезны для создания тепла там, где это необходимо, и работы, выполняемой во многих инженерных устройствах. Блок-схемы процессов, которые показывают приток и отток энергии в процессе, являются одним из инструментов, которые инженеры используют для проектирования и оценки различных систем и процессов.

Цели обучения

После этого урока учащиеся должны уметь:

  • Опишите не менее трех примеров преобразования энергии из одной формы в другую.
  • Продемонстрируйте и нарисуйте схему преобразования энергии в пригодные для использования формы с помощью блок-схемы.
  • Сформулируйте закон сохранения энергии.
  • Определите пять форм и два состояния энергии.
  • Определите форму и состояние энергии в предметах повседневного обихода, когда мы используем их для выполнения полезной работы.

Образовательные стандарты

Каждый урок или занятие TeachEngineering связано с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. , по штатам; внутри источника по типу; напр. , естествознание или математика; внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .

NGSS: научные стандарты следующего поколения — наука
Ожидаемая производительность NGSS

МС-ПС3-5. Сконструируйте, используйте и представьте аргументы в поддержку утверждения о том, что при изменении кинетической энергии объекта энергия передается объекту или от него.(6-8 классы)

Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату
Этот урок посвящен следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Научная и инженерная практика Ключевые дисциплинарные идеи Концепции поперечной резки
Составлять, использовать и представлять устные и письменные аргументы, подкрепленные эмпирическими данными и научными рассуждениями, для поддержки или опровержения объяснения или модели явления.

Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

Научные знания основаны на логических и концептуальных связях между фактами и объяснениями.

Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

Когда энергия движения объекта изменяется, одновременно с этим неизбежно происходит какое-то другое изменение энергии.

Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

Энергия может принимать различные формы (например,грамм. энергия в полях, тепловая энергия, энергия движения).

Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

Общие базовые государственные стандарты — математика
  • Свободно складывать, вычитать, умножать и делить многозначные десятичные числа, используя стандартный алгоритм для каждой операции. (Оценка 6) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Используйте переменные для представления величин в реальной или математической задаче и создавайте простые уравнения и неравенства для решения задач, рассуждая о величинах.(Оценка 7) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология
  • Студенты будут развивать понимание отношений между технологиями и связей между технологиями и другими областями обучения. (Оценки К — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Энергия может быть использована для выполнения работы, используя множество процессов.(Оценки 6 — 8) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ
Национальные стандарты естественнонаучного образования — Наука
  • Энергия является свойством многих веществ и связана с теплотой, светом, электричеством, механическим движением, звуком, ядрами и химической природой. Энергия передается многими путями. (Оценки 5 — 8) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Электрические цепи служат средством передачи электрической энергии при возникновении тепла, света, звука и химических изменений. (Оценки 5 — 8) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • В большинстве химических и ядерных реакций энергия передается в систему или из нее. Тепло, свет, механическое движение или электричество могут быть задействованы в таких переносах. (Оценки 5 — 8) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Нью-Йорк – Математика
  • Свободно складывать, вычитать, умножать и делить многозначные десятичные числа, используя стандартный алгоритм для каждой операции. (Оценка 6) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Используйте переменные для представления величин в реальной или математической задаче и создавайте простые уравнения и неравенства для решения задач, рассуждая о величинах. (Оценка 7) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Нью-Йорк – Наука Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Рабочие листы и вложения

Посетите [www. Teachengineering.org/lessons/view/cla_lesson4_forms_states_conversions] для печати или загрузки.

Больше учебных программ, подобных этому

Деятельность средней школы Преобразование энергии

Учащиеся оценивают различные повседневные устройства преобразования энергии и рисуют блок-схемы, чтобы показать формы и состояния энергии, поступающей в устройство и выходящей из него.

Высший элементарный урок Изучение энергии: преобразование энергии

Учащиеся узнают больше о концепции преобразования энергии и о том, как энергия переходит из одной формы, места или объекта в другую. Они узнают, что передача энергии может принимать форму силы, электричества, света, тепла и звука и никогда не обходится без некоторой «потери» энергии во время процесса. Два реальных мира…

Деятельность средней школы Демонстрации энергетических форм и состояний

Демонстрации объясняют концепции форм энергии (звуковая, химическая, лучистая [световая], электрическая, атомарная [ядерная], механическая, тепловая [тепло]) и состояний (потенциальное, кинетическое).

Введение/Мотивация

В лампочке электромагнитная энергия (электричество) преобразуется в тепло и свет.

Энергия существует во многих формах вокруг нас. Развитие нашего современного общества произошло благодаря тому, что ученые и инженеры научились улавливать часть этой энергии и преобразовывать ее в способы выполнения полезной работы.Преобразование энергии куска угля в пар, а затем в механические двигатели, которые могли выполнять тяжелую работу, было критически важной ролью для инженеров в 19 веке, что помогло начать промышленную революцию. Инженер должен знать, где «найти» энергетические ресурсы, а затем как преобразовать их в формы, более полезные для всех машин и устройств, которые мы используем в нашей повседневной жизни. Оглянитесь в этой комнате, какие инструменты или устройства потребляют энергию? Хорошим примером являются светильники.Они преобразуют электрическую энергию в световую (лучистую) энергию. А как насчет этой чашки с водой (поднимите чашку с водой), есть ли в ней энергия? У него есть состояние энергии, называемое потенциальной энергией, потому что оно удерживается на высоте. Если воду налить в ведро, потенциальная энергия высвобождается, так как теперь вода движется с некоторой скоростью. Это кинетическое состояние энергии.

Целью этого занятия является изучение некоторых важных терминов, которые необходимы для энергии – формы энергии и состояния энергии.Завтра эта информация будет использована, когда мы оценим несколько предметов, таких как источники света в этом классе, чтобы увидеть, как они преобразуют энергию из одной формы в другую.

Предыстория урока и концепции для учителей

1. Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, но преобразована из одной формы в другую. Это можно представить как первый закон термодинамики.

2. Энергию можно классифицировать по форме или состоянию.

3. Формы энергии, определенные в образовательных стандартах штата Нью-Йорк, включают: звуковую, химическую, лучистую (свет), электрическую, атомную (ядерную), механическую, тепловую (тепло). Запомнился как «КРИК сегодня». Обратитесь к Демонстрации энергетических форм и состояний для дальнейшего объяснения концепций энергетических форм.

  • Звук – от вибрации звуковых волн
  • Химическая промышленность (топливо, газ, дрова, батареи)
  • Лучистый (свет) (примечание – это часть более широкой «электромагнитной» группы)
  • Электрическая энергия (электроны движутся среди атомов, как в проводнике электрического шнура)
  • Атомный (ядерный, из ядра атома)
  • Механический (ходьба, бег)
  • Термическое воздействие (тепло, например, трение рук друг о друга)

4.Два состояния энергии — потенциальное и кинетическое

  • Потенциал (запас энергии из-за подъема): PE = масса*гравитация*высота
  • Кинетика (энергия движения): KE = 1/2*масса*скорость 2

5. Энергия накапливается различными способами и должна быть высвобождена для выполнения полезной работы

6. Энергия может быть преобразована в полезные формы различными способами, мы часто преобразуем форму энергии, чтобы сделать ее более полезной для нас. Например, мы преобразуем химическую энергию бензина в механическую энергию для движения автомобиля.Обратитесь к упражнению «Преобразование энергии», чтобы учащиеся оценили различные повседневные устройства преобразования энергии.

7. Энергия и ее переход между формами могут быть выражены количественно.

8. При преобразовании энергии значительная часть этой энергии может быть потеряна из системы (в виде тепла, звука, вибрации и т. д.). Но, конечно, энергия никогда не теряется. «Потерянный» в этом контексте означает, что он не может быть восстановлен для эффективного использования людьми или машинами.

Связанные виды деятельности

Словарь/Определения

блок-схема процесса: физическое представление входов и выходов процесса, используемое инженерами.

Химическая энергия: Энергия, запасенная в химических связях.

горение: процесс сжигания органических химикатов с выделением тепла и света.

сохранение : бережное использование ресурсов с целью уменьшения ущерба окружающей среде или истощения ресурсов.

Эффективность: Способность процесса или машины преобразовывать входную энергию в выходную, эффективность всегда меньше 100% в реальных процессах.Эффективность системы можно количественно определить как отношение полезной выходной энергии (или мощности) к входной энергии (или мощности).

электрическая энергия: Энергия, доступная за счет потока электрического заряда через проводник.

преобразование энергии: преобразование одной формы энергии в другую, обычно для преобразования энергии в более полезную форму.

Первый закон термодинамики: Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена.

форма энергии : Формы энергии включают тепло, свет, электрическую, механическую, ядерную, звуковую и химическую.

тепло: форма энергии, связанная с его температурой. (тепловая энергия)

вход: Материя или энергия, входящая в процесс.

кинетическая энергия: Энергия движения, зависящая от массы и скорости объекта.

механическая энергия: форма энергии, связанная с движением объекта.

ядерная энергия: (атомная) Энергия, полученная путем расщепления ядер определенных элементов.

выход: Материя или энергия, выходящие из процесса.

потенциальная энергия: Энергия, которая хранится и исходит из положения или состояния объекта.

состояние энергии: состояния энергии включают кинетическое и потенциальное.

Оценка

Оценка после ознакомления: Запланируйте много диалогов и участия учащихся в первый день этого урока.Используйте множество уточняющих вопросов, включенных в формы, и проведите демонстрационную работу, чтобы проверить, понимают ли учащиеся концепции.

Домашнее задание: Используйте сданный рабочий лист учащегося, заполненный во время преобразования, в качестве средства оценки того, правильно ли учащиеся определили формы, участвующие в каждом процессе преобразования, и могут ли они правильно включить эти формы в форму блок-схемы.

Рабочий лист и викторина: Предложите учащимся заполнить рабочий лист и вопросы для обсуждения и сдать их.Викторина после Урока 5 также включает понятия из этого урока.

Практические задачи:

  • Если объект массой 10 кг падает с высоты 5 м, какова его потенциальная энергия? (Ответ: PE=(10 кг)(9,8 м/с 2 )(5 м)=490 Нм) (Нм (ньютон-метр) эквивалентен a (кг*м 2 )/с 2 )
  • Если кинетическая энергия объекта равна 100 Нм, а его скорость равна 10 м/с, какова масса объекта? (Ответ: m=2KE/v 2 =2*100 Нм/〖10 м/с〗 2 =2 кг)

использованная литература

Биггс, А. , Бернс, Дж., Дэниел, Л.Х., Эзральсон, К., Фезер, Р.М., Хортон, П.М., Маккарти, Т.К., Ортлеб, Э., Снайдер, С.Л., Верва, Э. Научные путешествия: изучение жизни, Земли и физических наук , Level Red., Glencoe/McGraw Hill: New York, 2000.

Intermediate Level Science Core Curriculum, классы 5–8, Департамент образования штата Нью-Йорк, по состоянию на 31 декабря 2008 г. http://www.emsc.nysed.gov/ciai/mst/pub/intersci.pdf

Другая связанная информация

Этот урок был первоначально опубликован Партнерской программой проектного обучения K-12 Университета Кларксона, и с ним можно ознакомиться по адресу  http://internal.clarkson.edu/highschool/k12/project/energysystems.html.

Просмотрите центр учебных программ по физике, ориентированных на инженеры NGSS, чтобы найти дополнительную учебную программу по физике и физическим наукам, посвященную инженерии.

Авторские права

© 2013 Регенты Университета Колорадо; оригинал © 2008 Университет Кларксона

Авторы

Сьюзан Пауэрс; Ян ДеУотерс; и ряд Кларксон и Св. Студенты Университета Лоуренса в партнерской программе проектного обучения K-12

Программа поддержки

Офис образовательного партнерства, Университет Кларксона, Потсдам, Нью-Йорк

Благодарности

Этот урок был разработан в рамках гранта Национального научного фонда №. DUE 0428127 и DGE 0338216. Однако это содержание не обязательно отражает политику Национального научного фонда, и вы не должны исходить из того, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 8 марта 2022 г.

Движение – Гиперучебник по физике

Обсуждение

спектр механики

Общее учение об отношениях между движением, силами и энергией называется механикой . Это обширная область, и ее изучение необходимо для понимания физики, поэтому эти главы появляются первыми. Механику можно разделить на поддисциплины, комбинируя и рекомбинируя ее различные аспекты. Некоторым из них даются специальные имена.

Движение — это действие по изменению местоположения или положения. Изучение движения без учета сил или энергий, которые могут быть задействованы, называется кинематикой . Это простейший раздел механики. Раздел механики, изучающий движение и силы вместе, называется динамикой , а изучение сил при отсутствии изменений в движении или энергии называется статикой .

Термин «энергия» относится к абстрактной физической величине, которую человеку нелегко воспринять.Он может существовать во многих формах одновременно и приобретает смысл только через вычисление. Неформально система обладает 90 420 энергией 90 421, если она способна выполнять работу. Энергия движения называется кинетической энергией .

Всякий раз, когда на систему воздействует внешний агент, ее общая энергия изменяется. В общем, сила — это все, что вызывает изменение (например, изменение энергии, движения или формы). Когда сила вызывает изменение энергии системы, физики говорят, что было совершено работ .Математическое утверждение, связывающее силы с изменениями энергии, называется теоремой о работе-энергии .

Когда сумма всех различных форм энергии определена, мы обнаруживаем, что она остается постоянной в системах, которые изолированы от своего окружения. Это утверждение известно как закон сохранения энергии и является одним из действительно важных понятий во всей физике, а не только в механике. Изучение того, как энергия меняет форму и местонахождение во время физических процессов, называется энергетикой , но это слово больше используется учеными вне физики, чем внутри нее.

Увеличить

Первые несколько глав этой книги посвящены этим темам именно в таком порядке…

  1. движение (кинематика)
  2. силы (динамика и статика)
  3. энергия

виды движения

Движение можно разделить на три основных типа — поступательное, вращательное и колебательное. Разделы по механике в этой книге в основном расположены в таком порядке. Четвертый тип движения — случайный — рассматривается в другой книге, которую я написал.

Поступательное движение
Движение, приводящее к изменению местоположения, называется поступательным. На первый взгляд эта категория может показаться смешной, поскольку движение подразумевает изменение местоположения, но объект может двигаться и при этом никуда не двигаться. Утром встаю и иду на работу (очевидная смена места), а к вечеру уже дома — снова в той же самой постели, в которой начал день. Это поступательное движение? Смотря как. Если задача состоит в том, чтобы определить, какое расстояние я проезжаю за день, то возможны два ответа: либо я ездил на работу и обратно (22 км в одну сторону, всего 44 км), либо я никуда не ездил. (22 км в одну сторону, всего 0 км).Первый ответ вызывает поступательное движение, а второй — колебательное движение.
Колебательное движение
Движение, которое повторяется и колеблется между двумя точками, называется колебательным. В предыдущем примере, когда я шел из дома на работу, а затем домой на работу, я двигался, но в итоге никуда не ушел. Этот второй тип движения наблюдается в маятниках (подобных тем, что можно найти в напольных часах или Биг-Бене), вибрирующих струнах (гитарная струна движется, но никуда не уходит) и ящиках (открыть, закрыть, открыть, закрыть — все это движение и ничего не нужно делать). шоу для этого).Колебательное движение интересно тем, что для возникновения колебаний часто требуется фиксированное время. Этот тип движения называется периодическим , а время одного полного колебания (или одного цикла) называется периодом . Периодическое движение важно при изучении звуковых, световых и других волн. Такому повторяющемуся движению посвящены большие разделы физики. Делать одно и то же снова и снова и никуда не двигаться – это очень важно. Что подводит нас к следующему типу движения.
Вращательное движение
Движение, происходящее при вращении объекта, называется вращательным. Земля находится в постоянном движении, но куда ее ведет это движение? Каждые двадцать четыре часа он совершает один полный оборот вокруг своей оси. (На самом деле чуть меньше, но не будем вдаваться в подробности.) Солнце проделывает то же самое, но примерно за двадцать четыре дня. Как и все планеты, астероиды и кометы; каждый со своим периодом. (Обратите внимание, что вращательное движение тоже часто бывает периодическим.) На более приземленном уровне мячи для боччи, пластинки для фонографов и колеса также вращаются. Этого должно быть достаточно, чтобы занять нас на некоторое время.
Случайное движение
Случайное движение происходит по одной из двух причин.
Теория Хаоса
Некоторые движения предсказуемы в теории, но непредсказуемы на практике, что делает их случайными. Например, отдельная молекула газа будет свободно двигаться, пока не столкнется с другой молекулой или одной из содержащих ее стенок. Направление, в котором движется молекула после такого столкновения, полностью предсказуемо в соответствии с современными теориями классической механики .
С каждым измерением связана погрешность. Каждый расчет, сделанный с использованием результатов измерения, будет нести эту неопределенность. Теперь представьте, что вы пытаетесь предсказать движение миллиарда атомов газа в контейнере. (Кстати, это небольшое количество.) Измерив положение и скорость каждого из них как можно точнее, вы вводите данные в чудовищный компьютер, и он делает расчеты за вас. Поскольку измерения, связанные с каждой молекулой, немного ошибочны, первый раунд вычислений будет немного неправильным.Эти неправильные числа затем будут использованы в следующем раунде вычислений, и результаты будут немного более неправильными. После миллиарда вычислений составная ошибка сделает результаты бесполезными. Молекула может находиться где угодно внутри контейнера. Этот тип случайности называется хаосом .
Квантовая теория
Некоторые движения теоретически непредсказуемы и действительно случайны. Например, движение электрона в атоме принципиально непредсказуемо из-за странного заговора природы, описанного квантовой механикой . Чем усерднее вы пытаетесь найти электрон, тем меньше вы знаете о его скорости. Чем усерднее вы пытаетесь измерить его скорость, тем меньше вы знаете о его местонахождении. Это фундаментальное качество малых объектов, таких как электроны, и от него никуда не деться. Хотя часто говорят, что электрон «вращается» вокруг ядра атома, строго говоря, это не так. Вероятность обнаружения электрона в любой конкретной точке пространства предсказуема, но как он попал из первого места, где вы его наблюдали, во второе, на самом деле бессмысленный вопрос.Для этого вида движения нет названия, потому что понятие движения даже не применимо.

физика

Физика
Физика изучает фундаментальную природу всех вещей.
До эпохи Возрождения наиболее значительными работами по механике были работы, написанные в IV веке до н. э. греческим философом Аристотелем из Стагиры (384–322 гг. до н. э.) — это были Механика , На небесах и Природа или по-гречески Μηχανικά ( Механика ), Περί ουρανού ( пери урану ) и Φυσικῆς ἀκροάσεως (905 17 Fysikes). Хотя первый раздел каждого учебника по общей физике посвящен механике, «Механика » Аристотеля, вероятно, не была написана им и не будет обсуждаться здесь. На небесах будет обсуждаться позже в этой книге.
Природа — это произведение Аристотеля, наиболее важное для этой книги. Это потому, что это происхождение слова физика. Полное название Φυσικής ακρόασις ( Fysikes akroasis ) буквально переводится как «Урок природы», но «Урок природы вещей», вероятно, более точен. Природа приобрела большой авторитет в западном мире и была почти благоговейно идентифицирована академиками как Τὰ Φυσικά ( Та Физика ) — Физика . В этой книге Аристотель ввел понятия пространства, времени и движения как элементов более широкой философии мира природы. Следовательно, человека, изучавшего природу вещей, называли «натурфилософом» или «физиком», а изучаемый им предмет называли «натурфилософией» или «физикой». Между прочим, это также происхождение слов «врач» (тот, кто изучает природу человеческого тела) и «физика» (природа или состояние человеческого тела).

Увеличить

движущихся слова

механика, динамика, статика, кинематика

Слова «механика», «динамика», «статика» и «кинематика» используются на протяжении всей этой книги и часто в первой ее трети. Каждый из них относится к дисциплине или разделу физики, отсюда и общий суффикс -ics. Каждое слово также может быть изменено с существительного на прилагательное. Это дает нам такие слова, как динамический, статический, кинематический, механический, динамический и физический. Мы также можем сделать наречия, например, динамически и физически.Вот соответствующие существительные, за каждым из которых следует краткое определение и полудлинный рассказ о его происхождении. Многим читателям будет достаточно кратких определений.

Механика
Раздел физики, изучающий движение и силы.
Происхождение слова можно проследить до древнегреческих слов, обозначающих машину, μηχανή ( механе ), умное устройство для выполнения работы; и механик, μηχανικός ( механикос ), человек, умеющий обращаться с машинами. Слово «механика» приобрело свое нынешнее значение только где-то в 17 веке — вероятно, благодаря ирландскому химику Роберту Бойлю (1627–1691).
Механику можно разделить на такие дисциплины, как кинематика, статика и динамика. Исторически сначала появилась статика (древность), затем кинематика (1638 г. по предмету, 1834 г. по слову), затем механика (1663 г. как слово) и, наконец, динамика (1690-е гг. как слово). Концептуально механика содержит динамику, которая пересекается со статикой и кинематикой.
Динамика
Изучение движения и сил вместе. (Это звучит слишком неформально.) Изучение влияния сил на движение объектов. (Так лучше.)
Слово «динамика» было придумано в конце 17 века как раз для того, чтобы быть словом, противоположным слову «статика». Заслуга принадлежит немецкому математику и философу Готфриду Лейбницу (1646–1716). Лейбниц в основном известен как соавтор исчисления вместе с английским ученым и математиком Исааком Ньютоном (1642–1727). Лейбниц и Ньютон, возможно, спорили о приоритете, но Лейбниц больше живет в исчислении, чем Ньютон. Строчная буква d ( d ) для производной и сумасшедшая длинная буква s (∫) для интеграла были идеями Лейбница. Он также ввел термин «оси координат» и назвал оси абсцисс и ординат. Лейбниц адаптировал слово «динамика» от греческого слова «сила, сила или мощь» — δύναμης ( dynamis ), которое, в свою очередь, происходит от греческого слова, означающего «я могу» или «я способен» — δύναμαι ( dynamai ). .Это слово не сразу вошло в английский язык, потому что Лейбниц думал по-немецки, писал по-французски и по-латыни и писал для континентальной европейской аудитории.
Статика
Изучение сил без учета движения. Технически статика — это изучение сил в отсутствие ускорения. Один из способов не ускоряться — не двигаться. В этом частном случае и скорость, и ускорение равны нулю. Поскольку невозможно отличить движение с постоянной скоростью (v ≠ 0, a = 0) от состояния покоя (v = 0, a = 0), статика охватывает обе ситуации.
Происхождение слова восходит к древнегреческому словосочетанию τέχνη στατική ( tekhne statike ), которое теперь буквально означает «статическое искусство», но в то время означало нечто большее, похожее на «искусство взвешивания». По сути, эта фраза описывает навыки, которые потребуются инженеру-строителю. Знание того, как распределяется вес здания, моста или башни, чтобы они оставались на месте. Хотя изначально все было связано с весом, статика как раздел механики теперь охватывает все силы, а статика как часть проектирования конструкций включает такие предметы, как ветровые нагрузки на высокие здания и выталкивающие силы от грунтовых вод на подвалы.Статика и проектирование конструкций — это больше, чем просто вес.
Кинематика
Изучение движения без учета воздействующих на него сил.
Понятия расстояния, перемещения и времени древние, если не примитивные. Понятия скорости, скорости и ускорения кажутся такими же, но каких-либо формальных определений до 16 века, похоже, не существует. Почти вся заслуга в этом принадлежит итальянскому ученому Галилео Галилею (1564–1642) и его новаторской работе по этому вопросу, известной на английском языке под кратким названием Two New Sciences.Галилей писал в диалоговой форме (и это было блестяще) без всяких уравнений. Отчасти потому, что математических обозначений не существовало в том виде, в каком мы их знаем сейчас, но в основном потому, что он хотел сделать свою книгу доступной. Всего трое ученых джентльменов проводят время, рассказывая о последних достижениях науки.
Однако
Галилей не стал бы использовать слово кинематика (и даже физика). Заслуга изобретения этого слова принадлежит французскому ученому и математику Андре-Мари Амперу (1775–1836). Ампер наиболее известен своей фундаментальной работой в области электродинамики (слово, которое он также изобрел) и тем, что в его честь была названа единица измерения электрического тока.Ампер почти совсем не известен тем, чем я сейчас занимаюсь — организацией и присвоением названий дисциплинам и поддисциплинам в физике. Однако Ампер довел это до крайности и попытался классифицировать все человеческие знания (субдисциплины субдисциплин…). До работы Ампера у этой области механики не было названия. Это могло даже не рассматриваться как ветвь, нуждающаяся в имени. Тем не менее, он адаптировал греческое слово для движения, κίνημα ( kinema ), во французское слово cinématique , которое стало английским словом кинематика.Он не изобретал слово «кино», поскольку кинотехнология превратилась в бизнес только через 60 лет после его смерти, хотя его работа могла вдохновить на это слово.
энергетика

Насколько я понимаю, эта организационная схема неполна. Не хватает одного ключевого понятия, возможно, самого важного понятия во всей механике, возможно, во всей физике, возможно, во всей науке — энергии. Поскольку энергия возникла как понятие после создания этой схемы, раздел механики , занимающийся энергией, так и не получил названия.Есть слово энергетика, но оно, кажется, не популярно в учебниках по общей физике. Эквивалентная концепция в общей физике называется термодинамикой, которая началась как изучение работы, совершаемой тепловыми процессами, но расширилась до более общего закона сохранения энергии.

Энергетика
Изучение превращения и распределения энергии при процессах внутри систем.
Слово «энергия» в английском языке используется для обозначения таких понятий, как сила, эффективность, убедительность, действие, находчивость и мастерство.Свой нынешний физический смысл он приобрел только в 19 веке. Его древнегреческое происхождение происходит от префикса εν+ ( en +, наделять определенным качеством) и существительного εργον ( ergon , работа). Подумайте о таких словах, как enable (сделать возможным), enamor (вдохновить любовь), encode (перевести в код) и endanger (подвергнуть опасности). Все эти четыре примера были глаголами, начинающимися с суффикса en+, но энергия — это существительное. Это делает энергию буквально чем-то вроде «способности стать работой». Английский ученый Томас Юнг (1773–1829) первым использовал слово «энергия» в современном смысле. Его определение почти совпадает с нашим нынешним определением кинетической энергии. Он также был первым, кто официально определил работу как физическую величину. Он также определил, что свет представляет собой волну.
Древнегреческий философ и ученый Аристотель из Стагиры (384–322 гг. до н. э.), возможно, изобрел слово, которое в конечном итоге стало энергией, но его ἐνέργειά ( energeia ) был термином философии, а не науки.Аристотелевский смысл этого слова часто переводится как «деятельность» или «работа». Это противопоставлялось ἕξις ( exis ), что означало «владение» или «нахождение в состоянии». Энергия значит делаю. Exis имел в виду наличие. Чтобы обеспечить счастье, утверждает Аристотель, положительные добродетели должны реализовываться через действия, а не просто удерживаться как убеждения. Однако это не имеет ничего общего с его нынешним научным значением.
Термин «энергетика» популярнее вне физики, чем внутри нее.Вот несколько примеров энергетики из других областей науки.
Химическая энергетика
Изучение энергии в связи с химическими реакциями. Термины из этой области, с которыми некоторые из вас могут быть знакомы, включают эндотермический, экзотермический, энтальпийный, энергию активации и координаты реакции.
Биологическая энергетика (биоэнергетика)
Изучение энергетических обменов внутри клетки. Процессы из этой области, с которыми некоторые из вас могут быть знакомы, включают фотосинтез, клеточное дыхание, мембранный транспорт, сворачивание белков и передачу сигналов.
Физиологическая энергетика (биоэнергетика животных)
Изучение скорости расходования энергии и эффективности преобразования энергии в целых организмах. Некоторые примеры процессов, рассматриваемых в этой области, включают увеличение веса, потерю веса, рост, заживление и терморегуляцию.
Экологическая энергетика
Изучение переноса энергии с одного трофического уровня на другой. Изучение того, как энергия перемещается по пищевой цепи, пищевой сети или пищевому циклу от производителей к потребителям (сначала травоядным, затем плотоядным), затем к редуцентам и обратно.
кинетика

Вот странное слово, с которым я не знаю, как обращаться.

Кинетика
В механике это устаревшее и избыточное слово, означающее то же, что и динамика. Кинетика — это раздел механики, изучающий влияние сил на движение. Форма прилагательного кинетический сохраняется в механике в терминах кинетическое трение и кинетическая энергия; а в термодинамике в терминах кинетическая теория тепла, кинетическая теория газов и кинетическая молекулярная теория.
В химии это слово могло бы быть устаревшим, но не стало. Кинетика — это раздел химии, изучающий скорости химических реакций. Без видимой причины слово «химическая кинетика» предпочтительнее, чем химическая динамика (именно так, я думаю, ее следует называть).
Существительное кинетика и прилагательное кинетический являются неологизмами, придуманными где-то в 19 веке, производными от греческого слова κινητικός ( kinetikos ), которое является формой существительного движения, κίνησις ( kinesis 90 double 518), с двойным суффиксом -ικ-ός ( -ik-os ), чтобы сделать его предметом изучения.

Энергия, тепло и работа — химия LibreTexts

Что такое энергия?

Энергия — одно из самых фундаментальных и универсальных понятий физической науки, но его очень трудно определить так, чтобы оно было понятно большинству людей. Возможно, это отражает тот факт, что энергия — не «вещь», существующая сама по себе, а скорее атрибут материи (а также электромагнитного излучения), который может проявляться по-разному. Его можно наблюдать и измерять только косвенно, через его воздействие на материю, которая приобретает, теряет или обладает им.

Концепция, которую мы называем энергией, развивалась очень медленно; потребовалось более ста лет только для того, чтобы люди договорились об определениях многих терминов, которые мы используем для описания энергии и взаимопревращений между ее различными формами. Но даже сейчас большинству людей трудно объяснить, что это такое; так или иначе, определение, которое мы все выучили в элементарной науке («способность выполнять работу»), кажется менее чем адекватным для передачи его значения.

Хотя термин «энергия» не использовался в науке до 1802 года, уже давно предполагалось, что определенные свойства, связанные с движением объектов, проявляют устойчивость, которая включена в современную концепцию «сохранения энергии».В 17 веке великий математик Готфрид Лейбниц (1646-1716) предложил различие между vis viva («живая сила») и vis mortua («мертвая сила»), которое позже стало известно как кинетическая энергия (1829 г.). ) и потенциальной энергии (1853 г.).

Кинетическая энергия и потенциальная энергия

Какой бы ни была энергия, в основном она бывает двух видов.

Кинетическая энергия связана с движением объекта, и ее прямые последствия являются частью повседневного опыта каждого; чем быстрее мяч вы ловите рукой, и чем он тяжелее, тем больше вы его чувствуете.Количественно тело массой м , движущееся со скоростью v , обладает кинетической энергией mv 2 /2.

Пример 1

Винтовка стреляет пулей массой 4,25 г со скоростью 965 м с –1 . Какова его кинетическая энергия?

Раствор

Единственная дополнительная информация, которая вам здесь нужна, это то, что

1 Дж = 1 кг·м 2 с –2 :

KE = ½ × (0,00425 кг) (965 м с –1 ) 2 = 1980 Дж

Потенциальная энергия — это энергия, которой тело обладает благодаря своему местоположению .Но это еще не все: на тело должна действовать какая-то «возвращающая сила», стремящаяся переместить его в место с более низкой потенциальной энергией. Подумайте о стреле, на которую действует сила натянутой тетивы; чем сильнее стрела притянута к тетиве, тем больше у нее потенциальной энергии.

В более общем смысле восстанавливающая сила исходит из того, что мы называем силовым полем — гравитационным, электростатическим или магнитным полем. Мы постоянно наблюдаем последствия гравитационной потенциальной энергии, например, когда ходим, но редко задумываемся об этом.

Если объект массой м поднять над полом на высоту ч , его потенциальная энергия увеличится на мгч , где г — константа пропорциональности, известная как ускорение свободного падения ; его значение у поверхности земли 9,8 м с –2 .

Пример 2

Найти изменение потенциальной энергии учебника массой 2,6 кг, упавшего со столешницы высотой 66 см на пол.

Раствор

PE = м г ч = (2.6 кг)(9,8 м с –2 )(0,66 м) = 16,8 кг м 2 с –2 = 16,8 Дж

Точно так же потенциальная энергия частицы, имеющей электрический заряд q , зависит от ее положения в электростатическом поле.

Электростатическая потенциальная энергия играет важную роль в химии; потенциальные энергии электронов в силовом поле, создаваемом атомными ядрами, лежат в основе химического поведения атомов и молекул. «Химическая энергия» обычно относится к энергии, запасенной в химических связях молекул. Эти связи образуются, когда электроны способны реагировать на силовые поля, создаваемые двумя или более атомными ядрами, поэтому их можно рассматривать как проявления электростатической потенциальной энергии. В экзотермической химической реакции электроны и ядра в реагентах претерпевают перегруппировку в продукты, обладающие более низкой энергией, и эта разница высвобождается в окружающую среду в виде тепла.

Взаимное преобразование потенциальной и кинетической энергии

Переходы между потенциальной и кинетической энергией являются настолько интимной частью нашей повседневной жизни, что мы почти не задумываемся о них.Это происходит при ходьбе, когда тело движется вверх и вниз. Наше тело использует химическую энергию глюкозы, чтобы сохранять тепло и двигать мышцами. Фактически сама жизнь зависит от преобразования химической энергии в другие формы.

Рисунок: Закон сохранения энергии применительно к велосипедисту и холму.

Энергия сохраняется: ее нельзя ни создать, ни уничтожить. Поэтому, когда вы поднимаетесь в гору, ваша кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию, которая снова превращается в кинетическую энергию, когда вы спускаетесь с другой стороны.И откуда берется та кинетическая энергия, которую вы затрачиваете при подъеме в гору? Путем преобразования некоторой химической потенциальной энергии в хлопьях для завтрака.

  • При падении книги ее потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию. Когда он ударяется об пол, эта трансформация завершена. Что тогда происходит с энергией? Кинетическая энергия, которая в момент удара раньше находилась исключительно в движущейся книге, теперь разделяется между книгой и полом в виде хаотичных тепловых движений молекулярных единиц, из которых они состоят; мы можем наблюдать этот эффект как повышение температуры.
  • Большая часть потенциальной энергии падающей воды может быть собрана водяным колесом или другим устройством, преобразующим кинетическую энергию выходящей воды в кинетическую энергию. Выходная мощность гидроэлектростанции прямо пропорциональна ее высоте над уровнем турбин генератора в долине внизу. В этот момент кинетическая энергия выходящей воды передается кинетической энергии турбины, большая часть которой (до 90% в крупнейших установках) затем преобразуется в электрическую энергию.
  • Будет ли температура воды на дне водопада выше, чем наверху? Сам Джеймс Джоуль предсказывал, что так и будет. Было подсчитано, что при Ниагарском водопаде полное преобразование потенциальной энергии 1 кг воды наверху в кинетическую энергию при попадании в купель на глубине 58 метров приведет к повышению температуры примерно на 0,14°С. (Но есть много сложностей. Например, часть воды распадается на крошечные капли при падении, и вода довольно быстро испаряется из капель, производя охлаждающий эффект.)
  • Химическая энергия также может быть преобразована, по крайней мере частично, в электрическую энергию: это то, что происходит в батарее. Если сильно экзотермическая реакция также производит газообразные продукты, последние могут расширяться так быстро, что результатом будет взрыв — чистое преобразование химической энергии в кинетическую энергию (включая звук).

Тепловая энергия

Кинетическая энергия связана с движением, но двумя разными способами. Для макроскопического объекта, такого как книга или мяч, или сгусток текущей воды, он просто определяется как ½  mv 2 .Однако, как мы упоминали выше, когда предмет падает на пол или когда экзотермическая химическая реакция нагревает окружающее вещество, кинетическая энергия рассеивается на молекулярные единицы в окружающей среде. Эта «микроскопическая» форма кинетической энергии, в отличие от летящей пули, совершенно случайна по видам движений и направлению. Мы называем это «термализованной» кинетической энергией или, чаще, просто тепловой энергией . Мы наблюдаем последствия этого как повышение температуры окружающей среды.Температура тела есть прямая мера количества содержащейся в нем тепловой энергии.

Тепловая энергия никогда не может быть полностью восстановлена ​​

После того, как кинетическая энергия термализована, только часть ее может быть преобразована обратно в потенциальную энергию. Остаток просто рассеивается и растворяется в окружающей среде и фактически теряется.

Если обобщить, то:

  • Потенциальная энергия может быть полностью преобразована в кинетическую энергию..
  • Потенциальная энергия также может быть преобразована с разной степенью эффективности в электрическую энергию.
  • Кинетическая энергия макроскопических объектов может передаваться между объектами (за исключением эффектов трения).
  • Как только кинетическая энергия становится термальной, только часть ее может быть преобразована обратно в потенциальную энергию или сконцентрирована обратно в кинетическую энергию макроскопического объекта. Это ограничение, не имеющее ничего общего с технологией, но являющееся фундаментальным свойством природы, является предметом второго закона термодинамики.
  • Устройство, предназначенное для частичного преобразования тепловой энергии в организованную кинетическую энергию, известно как тепловой двигатель .

Шкалы энергии всегда произвольны

Сначала вы можете подумать, что книга, лежащая на столе, имеет нулевую кинетическую энергию, поскольку она не движется. Но если подумать, сама земля движется; она вращается вокруг своей оси, обращается вокруг Солнца, а само Солнце удаляется от других звезд в общем расширении Вселенной. Поскольку эти движения обычно нас не интересуют, мы можем принять произвольную шкалу, в которой измеряется скорость книги относительно стола; в этой так называемой лабораторной системе координат кинетическую энергию книги можно считать равной нулю.

То же самое мы делаем с потенциальной энергией. Если книга лежит на столе, ее потенциальная энергия относительно поверхности стола будет равна нулю. Если мы примем это как наш ноль потенциальной энергии, а затем столкнем книгу со стола, ее потенциальная энергия будет отрицательной после того, как она упадет на пол.

Единицы энергии

Энергия измеряется с точки зрения ее способности выполнять работу или передавать тепло. Механическая работа совершается, когда сила f перемещает объект на расстояние d :

\[ш = е × д\]

Основной единицей энергии является джоулей .Один джоуль — это количество работы, совершаемой при действии силы в 1 ньютон на расстояние 1 м; таким образом, 1 Дж = 1 Н-м. Ньютон – это сила, необходимая для ускорения массы 1 кг на 1 м/с 2 , поэтому основные размеры джоуля составляют кг м 2 с –2 . Два других агрегата широко используются. калория и БТЕ (британская тепловая единица) определяются с точки зрения теплового воздействия на воду. Из-за множества форм, которые может принимать энергия, существует соответственно большое количество единиц, в которых она может быть выражена, некоторые из которых приведены ниже.

1 калория повысит температуру 1 г воды на 1 C°. На самом деле «диетическая» калорийность составляет 1 ккал. В среднем молодой взрослый человек тратит около 1800 ккал в день только для того, чтобы остаться в живых. (вы должны знать это определение)

1 кал = 4,184 Дж
1 BTU (британская тепловая единица) повысит температуру 1 фунта воды на 1F°. 1 БТЕ = 1055 Дж
Эрг – это СГС. единица энергии и очень маленькая; работа, совершенная при действии силы в 1 дин на расстоянии 1 см.

1 Дж = 10 7 эрг
1 эрг = 1 д-см = 1 г см 2 с –2

Электрон-вольт еще меньше: 1 эВ — это работа, необходимая для перемещения единичного электрического заряда (1 Кл) через разность потенциалов в 1 вольт. 1 Дж = 6,24 × 1018 эВ
Ватт — это единица мощности, которая измеряет скорость потока энергии в Дж с –1 . Таким образом, ватт-час является единицей энергии.Средний человек потребляет энергию со скоростью около 100 Вт; только мозг потребляет около 5 ватт.

1 Дж = 2,78 × 10 –4 Вт·ч
1 Вт·ч = 3,6 кДж

Литр-атмосфера — вариант работы силы-перемещения, связанный с изменением объема газов. 1 л-атм = 101,325 Дж
Огромные количества энергии, потребляемой городами и странами, выражены в квадратах; терм — аналогичная, но меньшая единица. 1 quad = 1015 БТЕ = 1,05 × 10 18 Дж
Если цель состоит в том, чтобы стереть с лица земли города или страны с помощью ядерного оружия, предпочтительной единицей энергии является тонна тротилового эквивалента. 1 тонна тротила = 4,184 ГДж
(по определению)
Что касается ископаемого топлива, у нас есть эквивалент барреля нефти, эквивалент кубометра природного газа и эквивалент тонны угля.

1 барр.н.э. = 6,1 ГДж
1 см эл.э. = 37-39 мДж
1 toce = 29 ГДж

Тепло и работа

Теплота и работа измеряются в единицах энергии, поэтому они оба должны представлять энергию. Чем они отличаются друг от друга и просто от самой «энергии»? На нашем повседневном языке мы часто говорим, что «этот объект содержит много тепла», но это тарабарщина с точки зрения термодинамики, хотя можно сказать, что объект «горячий», указывая на то, что его температура высока. Термин «тепло» имеет особое значение в термодинамике: это процесс, в котором тело (например, содержимое чайника) приобретает или теряет энергию как прямое следствие того, что оно имеет температуру, отличную от его окрестности.Следовательно, тепловая энергия может течь только от более высокой температуры к более низкой температуре. Именно этот поток и составляет «тепло». Использование термина «поток» тепла напоминает неверное представление 18-го века о том, что тепло является реальной субстанцией, называемой «калорией», которая может течь как жидкость.

Примечание: нагрев

Мы часто говорим, что «этот объект содержит много тепла», однако это не имеет смысла, поскольку тепло представляет собой передачу энергии.

Передача тепловой энергии может осуществляться путем физического контакта двух тел (чайник на плите или через электрический нагревательный элемент внутри чайника).Другой механизм передачи тепловой энергии — излучение; горячий объект будет передавать энергию любому телу, находящемуся в его поле зрения, посредством электромагнитного излучения в инфракрасной части спектра. Во многих случаях оба режима будут активны.

Под работой понимается передача энергии каким-либо образом, не зависящая от разности температур. Работа, как и энергия, может принимать различные формы, наиболее известные из которых — механическая и электрическая.

  • Механическая работа возникает, когда объект перемещается на расстояние Δ x против противодействующей силы f : \[w = f Δx\]
  • Электрическая работа выполняется, когда тело, имеющее заряд q , проходит через разность потенциалов Δ В .

Примечание: работа

Передача энергии в систему или из системы любыми средствами, кроме тепла, называется «работой».

Работа может быть полностью преобразована в теплоту (например, при трении), но теплота может быть преобразована в работу только частично. Преобразование теплоты в работу осуществляется с помощью тепловой машины , наиболее распространенным примером которой является обычный бензиновый двигатель. Наука термодинамика возникла из-за необходимости понять ограничения паровых тепловых двигателей в начале индустриальной эпохи.Второй закон термодинамики гласит, что полное превращение теплоты в работу невозможно. Есть о чем подумать, когда вы покупаете топливо для своего автомобиля!

Энергосбережение при свободном падении

Энергосбережение при свободном падении
Далее: Работа Up: Сохранение энергии Предыдущий: Введение Рассмотрим груз, падающий вертикально под действием силы тяжести. Мы уже знаем, как анализировать движение такой массы.Применим это знание к ищи выражение для сохраняемой энергии в этом процессе. ( NB , Это явный пример замкнутой системы, включающей только массу и гравитационное поле.) Физика свободное падение под действием силы тяжести описывается тремя уравнениями (24)-(26). Рассмотрим последнее из этих уравнений: . Предположим, что масса падает с высоты на , ее начальная скорость , а его конечная скорость . Отсюда следует, что чистое вертикальное смещение масса.Более того, и . Следовательно, предыдущее выражение можно переставить, чтобы дать
(123)

Приведенное выше уравнение ясно представляет закон сохранения некоторого описания, поскольку левая часть содержит только величины, оцененные на начальной высоте, тогда как правая часть содержит только величины, оцененные на конечной высоте. Чтобы прояснить смысл уравнения (123), определим кинетическая энергия массы,
(124)

и гравитационной потенциальной энергии массы,
(125)

Обратите внимание, что кинетическая энергия представляет собой энергию, которой масса обладает в силу его движение . Точно так же потенциальная энергия представляет собой энергию массы обладает в силу своего положения . Отсюда следует, что уравнение (123) можно записать
(126)

Здесь полная энергия массы: т. е. , сумма ее кинетическая и потенциальная энергии. Ясно, что это сохраняющаяся величина: т.е. , хотя кинетическая и потенциальная энергии массы различаются при падении его полная энергия остается неизменной.

Между прочим, выражения (124) и (125) для кинетической и гравитационной потенциальной энергии, соответственно, являются довольно общими и не относятся только к свободному падению под действием силы тяжести. Единица энергии mks называется джоулей (символ Дж). Фактически 1 джоуль эквивалентен 1 килограмму на квадратный метр на секунду в квадрате или 1 ньютон-метру. Обратите внимание, что все виды энергии измеряются в тех же единицах (иначе идея энергосбережения не было бы смысла).

Один из самых важных уроков, которые студенты усваивают во время учебы в том, что обычно существует много разных путей к одному и тому же результат в физике. Итак, мы уже проанализировали свободное падение под действием силы тяжести с помощью теории Ньютона. законы движения. Однако полезно пересмотреть эту проблему с точки зрения энергосбережения. Предположим, что масса брошена из состояния покоя и падает на расстояние. Чему равна конечная скорость массы? Хорошо, согласно уравнению(123), если энергия сохраняется, то

(127)

т.е. , любое увеличение кинетической энергии массы должно компенсироваться соответствующим уменьшением его потенциальной энергии. Теперь изменение потенциала энергия массы просто , где его сеть вертикальное смещение. Изменение кинетической энергии просто , где — конечная скорость. Это следует из того, что начальная кинетическая энергия массы равна нулю (так как изначально она покоится).Следовательно, приведенное выше выражение дает
(128)

или
(129)

Предположим, что та же масса брошена вверх с начальной скоростью . Что это максимальная высота, на которую он поднимается? Ну, из уравнения (125) что как масса увеличивается его потенциальная энергия увеличивается . Следовательно, следует из сохранения энергии, что его кинетическая энергия должна уменьшаться с высотой. Обратите внимание, однако, из уравнения (124), что кинетическая энергия никогда не может быть отрицательной (поскольку она является произведением двух положительно определенных величин и ). Следовательно, как только масса поднялась на такую ​​высоту, что ее кинетическая энергия уменьшилась до нуля она не может подняться дальше и, по-видимому, должна начать падать. Изменение потенциала энергия массы при перемещении с начальной высоты на максимальную высоту равна . Соответствующее изменение кинетической энергии равно ; поскольку — начальная кинетическая энергия, а конечная кинетическая энергия равна нулю.Это следует из уравнения (127) что , который может быть переставлено, чтобы дать

(130)

Следует отметить, что идея энергосбережения, хотя и чрезвычайно полезная, , а не замена законам движения Ньютона. Например, в предыдущем примере есть мы никак не можем вывести сколько времени требуется массе, чтобы подняться до своего максимальной высоты только из-за сохранения энергии — эта информация может исходить только от прямое применение законов Ньютона.



Далее: Работа Up: Сохранение энергии Предыдущий: Введение
Ричард Фицпатрик 2006-02-02

Энергия в экосистеме

Эта основная идея исследуется через:

Противопоставление взглядов студентов и ученых

Слово «энергия» каждый день используется студентами в таких выражениях, как «У меня закончилась энергия» или «Мне нужно еще немного энергии». Повседневное использование студентами этого термина часто может вызвать у студентов путаницу, когда они учатся использовать правильный научный термин.Большинство студентов признают, что почти все организмы нуждаются в источнике энергии для выживания, функционирования и размножения. В этой области науки на студентов сильно влияют средства массовой информации и их повседневный опыт.

Путаница вокруг конкретных терминов также рассматривается в идее фокуса. Знакомство с научным языком.

Учащиеся часто испытывают трудности с интерпретацией пищевых цепей, особенно там, где на диаграмме используются стрелки для представления энергетического обмена. Студенты могут видеть, что стрелки относятся к потоку материи (вещества) вверх по пищевой цепи.Это проблема, поскольку материя перерабатывается в экосистеме, а энергия — нет. Студенты также имеют ограниченное представление об источниках энергии в морских экосистемах, основывая большую часть своего понимания на своем опыте работы с наземными экосистемами. Студенты часто очень эгоцентричны и считают, что все организмы существуют исключительно для пользы (или раздражения) людей. Например, учащиеся не могут предложить полезную цель для комаров или пауков.

Исследование: Driver, Squires, Rushworth & Wood-Robinson (1994)

Студенты также широко придерживаются мнения, что энергия накапливается по мере продвижения вверх по пищевой цепочке, и, следовательно, высший хищник получает всю энергию. от производителей и других потребителей ниже в пищевой цепочке.

Учащиеся не понимают, откуда растения берут пищу, и часто считают, что она поступает из окружающей среды (в основном из почвы и воды), а не из-за того, что растения производят ее сами. Это связано с тем, что многие студенты имеют опыт работы в саду, который включает полив и добавление питательных веществ (удобрений) в почву. Студенты обычно знают, что растения используют углекислый газ, но часто не понимают, почему, и не понимают его участия в увеличении веса растения и производстве продуктов питания.

Исследование: Driver, Squires, Rushworth & Wood-Robinson (1994)

Научный взгляд

Энергия передается между организмами в пищевых сетях от производителей к потребителям. Энергия используется организмами для выполнения сложных задач.

Подавляющее большинство энергии, которая существует в пищевых цепях, исходит от солнца и преобразуется (трансформируется) в химическую энергию в процессе фотосинтеза в растениях. Небольшая часть этой химической энергии превращается непосредственно в тепло при расщеплении соединений при дыхании растений.Большая часть химической энергии, хранящейся в растениях, преобразуется в другие формы различными потребителями, такими как коровы, кролики, лошади, овцы, гусеницы и другие насекомые, питающиеся растениями.

Некоторая часть химической энергии, хранящейся в таких производителях, как трава, запасается в виде химической энергии в жирах или белках потребителей первого порядка, которые едят траву. Эта энергия доступна для потребителей более высокого порядка. На каждом этапе пищевой цепи большая часть химической энергии преобразуется в другие формы, такие как тепло, и не остается в экосистеме.

Критические идеи для преподавания

  • Построение диаграмм вместе с учащимися позволяет им представить и прояснить свое понимание движения энергии в экосистеме и связанных с этим преобразований.
  • Энергия, используемая в биологических науках, аналогична энергии, используемой во всех других областях науки.
  • Подавляющее большинство энергии в пищевых цепях поступает от солнца.
  • Энергия не перерабатывается в экосистемах, и каждая экосистема требует непрерывного поступления энергии для ее поддержания.
  • На каждом уровне пищевой цепи или пищевой цепи в экосистеме трансформируется некоторое количество энергии.
  • В экосистеме энергия часто переходит из одной формы в другую.

Исследуйте взаимосвязь между представлениями об энергии в экосистемах в Карты разработки концепций — (поток вещества в экосистемах, поток энергии в экосистемах)

Важно, чтобы учащиеся получили помощь в развитии понимания научных терминов «пища» и «питательные вещества» и изучении их связи с энергией и материей.Термин «энергия», используемый при работе с пищевыми сетями, идентичен энергии, которая обсуждается в других областях науки. Ключевая идея, которую следует развивать, заключается в том, что энергия проходит через пищевую сеть (или пищевую цепь) от своего источника, солнца, подвергаясь повторяющимся преобразованиям. Также важно развить идею о том, что пищевая сеть может быть сложной и состоять из ряда взаимосвязанных пищевых цепей.

Преподавательская деятельность

Практика использования и построение воспринимаемой полезности научной модели или идеи

Учащихся следует поощрять к наблюдению и обсуждению примеров пищевых цепей, в которых энергия преобразуется, а материя сохраняется.Рассмотрите возможность проведения мероприятий, которые помогут учащимся развить понимание источника подавляющего большинства энергии во всех экосистемах и преобразований энергии, которые происходят по мере ее продвижения по пищевой сети. Учащиеся также могут выполнить ряд заданий, направленных на выявление преобразований, которым должна подвергаться энергия по мере прохождения через экосистему.

Один из подходов заключается в том, чтобы учащиеся исследовали интерактивный веб-сайт «пищевых сетей» по следующей ссылке:

Выполняя задания, учащиеся могут набраться опыта в определении вероятных позиций, которые различные организмы будут занимать в исследуемых ими пищевых сетях. В качестве дополнительного задания попросите учащихся вырезать изображения организмов из журналов, которые, вероятно, связаны с одной и той же пищевой сетью, или найти изображения в Интернете (или школьной внутренней сети), чтобы они могли создать презентацию пищевой сети в PowerPoint или Inspiration. Попросите учащихся определить и обсудить особенности их пищевых сетей, которые были упрощены при сравнении их с ситуациями, которые могут существовать в реальном мире.

Способствовать осмыслению и уточнению существующих идей

Учащиеся могут исследовать пищевую сеть, в которой организмы находятся под угрозой исчезновения, исчезают или умирают.Затем они могли бы отслеживать, как преобразования энергии изменяются в пищевой цепи (или пищевой сети). Они также могут отслеживать, как меняются источники энергии для других.

Дополнительные ресурсы

Интерактивные учебные объекты, связанные с наукой, можно найти на Страница ресурсов для учителей FUSE.

Чтобы получить доступ к интерактивному учебному объекту, указанному ниже, учителя должны войти в FUSE и выполнить поиск по идентификатору учебного ресурса:

  • Экосистемный баланс – Учащиеся изучают, как растения и животные взаимодействуют в трех экосистемах Тасмании: сухом лесу, тропическом лесу и сообществе морских водорослей. Они просматривают видовые описания растений и животных, которые там обитают. Они могут увеличивать или уменьшать популяцию вида и сравнивать воздействие на другие виды в экосистеме.
    Идентификатор учебного ресурса: FRZ5RA

Термодинамика, химия, глава 6 — Learn CBSE

Термодинамика, химия, глава 6

• Важные термины и определения
Система: Относится к той части Вселенной, которая находится под наблюдением.
Окружение: Все остальное во вселенной, кроме системы, называется окружением.Вселенная = Система + Окружение.

Открытая система: В системе, когда происходит обмен энергией и материей с
окружающей средой, она называется открытой системой.
Например: присутствие реагентов в открытом стакане является примером открытой системы. Закрытая система: говорят, что система является закрытой системой, когда нет обмена веществом, но возможен обмен энергией.
Например: Наличие реагентов в закрытом сосуде из проводящего материала.
Изолированная система: Система, в которой не происходит обмена энергией или веществом с окружающей средой, называется изолированной системой.
Например: наличие реагентов в термосе или вещества в изолированном закрытом сосуде является примером изолированной системы.

Гомогенная система: Система называется гомогенной, если все присутствующие компоненты находятся в одной и той же фазе и однородны по всей системе.
Например: A- смесь двух смешивающихся жидкостей.
Гетерогенная система: Смесь считается гетерогенной, если она состоит из двух или более фаз и ее состав неоднороден.
Например: Смесь нерастворимых твердых веществ в воде. ‘
Состояние системы: Под состоянием термодинамической системы понимаются ее макроскопические или объемные свойства, которые могут быть описаны переменными состояния:
Давление (P), объем (V), температура (T) и количество (n) и т. д.
Они также известны как функции состояния.
Изотермический процесс: Когда операция проводится при постоянной температуре, процесс называется изотермическим.Для изотермического процесса dT = 0, где dT — изменение температуры.
Адиабатический процесс: Это процесс, при котором не происходит передачи тепла между системой и окружающей средой.
Изобарический процесс: Когда процесс проводят при постоянном давлении, его называют изобарическим. т. е. dP = 0
Изохорный процесс: Процесс, осуществляемый при постоянном объеме, известен как изохорный по своей природе.
Циклический процесс: Если система претерпевает ряд изменений и, наконец, возвращается в исходное состояние, говорят, что это циклический процесс.
Обратимый процесс: в процессе изменение вносится таким образом, что процесс можно в любой момент обратить вспять за счет бесконечно малого изменения. Изменение r называется обратимым.
• Внутренняя энергия
Это сумма всех форм энергий, которыми может обладать система.
В термодинамике это обозначается АМ, которое может меняться, когда
— Теплота переходит в систему или выходит из нее
— Работа совершается над системой или системой
— Материя входит в систему или выходит из нее.
Изменение внутренней энергии при выполнении работы
Давайте изменим внутреннюю энергию при выполнении работы.
Пусть начальным состоянием системы является состояние A и Temp. T A Внутренняя энергия = u A
При выполнении некоторой механической работы новое состояние называется состоянием B, а темп. Т Б . Получается, что
T B > T A
u B — внутренняя энергия после изменения.
∴ Δu = u B – u A
Изменение внутренней энергии за счет передачи тепла
Внутренняя энергия системы может быть изменена за счет передачи тепла из окружающей среды в систему без совершения работы.
Δu = q
Где q — теплота, поглощаемая системой. Его можно измерить по разнице температур.
q равно +ve, когда тепло передается из окружающей среды в систему. q равно -ve, когда тепло передается от системы к окружающей среде.
Когда изменение состояния происходит как за счет совершения работы, так и за счет передачи тепла.
Δu = q + w
Первый закон термодинамики (Закон сохранения энергии). В нем говорится, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. Энергия изолированной системы постоянна.
Δu = q + w.
• Работа (давление-объем)
Рассмотрим цилиндр, содержащий один моль идеального газа, в котором установлен поршень без трения.


• Работа при изотермическом и обратимом расширении идеального газа

• Изотермическом и свободном расширении идеального газа
При изотермическом расширении идеального газа в вакуум W = 0

• Энтальпия
Определяется как общее теплосодержание системы. Она равна сумме внутренней энергии и работы давления-объема.
Математически H = U + PV
Изменение энтальпии: Изменение энтальпии – это тепло, поглощаемое или выделяемое системой при постоянном давлении.
ΔH = q p
Для экзотермической реакции (система теряет энергию в окружающую среду),
ΔH и q p оба являются -Ve.
Для эндотермической реакции (система поглощает энергию из окружающей среды).
ΔH и q p оба представляют собой +Ve.
Связь между ΔH и Δu.

• Экстенсивное свойство
Экстенсивное свойство — это свойство, значение которого зависит от количества или размера материи, присутствующей в системе.
Например: Масса, объем, энтальпия и т. д. известны как экстенсивные свойства.
• Интенсивные свойства
Интенсивные свойства не зависят от размера вещества или количества вещества, присутствующего в системе.
Например: температура, плотность, давление и т. д. называются интенсивными свойствами.
• Теплоемкость
Повышение температуры пропорционально переданному теплу.
q = коэфф. x ΔT
q = CΔT
Где коэффициент C называется теплоемкостью.
C прямо пропорциональна количеству вещества.
C m = C/n
Это теплоемкость 1 моля вещества.
• Молярная теплоемкость
Определяется как количество тепла, необходимое для повышения температуры вещества на 1° (Кельвин или Цельсий).
• Удельная теплоемкость
Определяется как количество тепла, необходимое для повышения температуры одной единицы массы вещества на 1° (кельвин или по Цельсию).
q = C x m x ΔT
где m = масса вещества
ΔT = повышение температуры.
• Связь между С p и С v для идеального газа C v ΔT = ΔU
При постоянном давлении q p = C p ΔT = ΔH
Для одного моля идеального газа
ΔH = ΔU + Δ (PV) = ΔU + Δ (RT)
ΔH ΔU + RΔT
При подстановке значений ΔH и Δu уравнение изменяется следующим образом: ΔU и ΔH — калориметрия

Определение ΔU: ΔU   измеряется в калориметре специального типа, называемом бомбовым калориметром.

Работа с калориметром. Калориметр состоит из прочного сосуда, называемого бомбой, который может выдерживать очень высокое давление. Он окружен водяной баней, чтобы исключить потери тепла в окружающую среду.
Процедура: Известная масса горючего вещества сжигается под давлением чистого кислорода в стальной бомбе. Тепло, выделяющееся в ходе реакции, передается воде и контролируется ее температура.

• Изменения энтальпии при фазовом превращении
Энтальпия плавления: Энтальпия плавления – это тепловая энергия или изменение энтальпии, когда один моль твердого вещества при его температуре плавления превращается в жидкое состояние.

Энтальпия парообразования: Определяется как тепловая энергия или изменение энтальпии, когда один моль жидкости при температуре кипения переходит в газообразное состояние.

Энтальпия сублимации: Энтальпия сублимации определяется как изменение тепловой энергии или изменение энтальпии, когда один моль твердого вещества непосредственно переходит в газообразное состояние при температуре ниже его точки плавления.

• Стандартная энтальпия образования
Энтальпия образования определяется как изменение энтальпии образования 1 моля вещества из составляющих его элементов при стандартных условиях температуры 298 К и давления 1 атм.

Энтальпия сгорания: Определяется как тепловая энергия или изменение энтальпии, сопровождающее сгорание 1 моля вещества при избытке воздуха или кислорода.

• Термохимическое уравнение
Сбалансированное химическое уравнение вместе со значением Δ r H и физическим состоянием реагентов и продуктов известно как термохимическое уравнение.

Условные обозначения термохимических уравнений
1. Коэффициенты в сбалансированном термохимическом уравнении относятся к количеству молей реагентов и продуктов, участвующих в реакции.

• Закон суммирования постоянной теплоты Гесса
Общее количество теплоты, выделяемой или поглощаемой в реакции, одинаково независимо от того, протекает ли реакция в одну стадию или в несколько стадий.


• Цикл Борна-Габера
Невозможно определить энтальпию решетки ионного соединения прямым экспериментом. Таким образом, его можно рассчитать, выполнив следующие шаги. Диаграммы, которые показывают эти шаги, известны как цикл Борна-Габера.

• Спонтанность
Спонтанный процесс: Процесс, который может происходить сам по себе или имеет тенденцию происходить, называется спонтанным процессом.
Самопроизвольный процесс не обязательно должен быть мгновенным. Его фактическая скорость может варьироваться от очень медленной до довольно быстрой.
Вот несколько примеров самопроизвольного процесса:
(i) Поваренная соль сама по себе растворяется в воде.
(ii) Оксид углерода окисляется до собственного диоксида углерода.
• Энтропия (S)
Энтропия является мерой степени случайности или беспорядка в системе. В твердом состоянии энтропия вещества минимальна, а в газообразном – максимальна.
Изменение энтропии в самопроизвольном процессе выражается как ΔS

• Энергия Гиббса и спонтанность
Новая термодинамическая функция, энергия Гиббса или функция Гиббса G, может быть определена как G = H-TS
ΔG = ΔH – TΔS
Изменение энергии Гиббса = изменение энтальпии – температура x изменение энтропии ΔG дает критерий самопроизвольности при постоянном давлении и температуре, (i) если ΔG отрицательно (<0), процесс является самопроизвольным.
(ii) Если ΔG положителен (> 0), процесс не является самопроизвольным.
• Изменение свободной энергии в обратимой реакции


Теплота сгорания

Класс 11 Химия Примечания

Специальный выпуск: Динамическая рекристаллизация и микроструктурная эволюция в сплавах

Уважаемые коллеги,

Контроль микроструктуры металлических материалов посредством термомеханической обработки является одной из основных задач материаловедения. Измельчение микроструктуры во время горячей или теплой обработки давлением в процессе динамической рекристаллизации является широко используемым подходом. Вот почему рекристаллизация и связанные с ней явления отжига уже давно признаны как технологически важными, так и научными интересами. Однако, несмотря на то, что в последнее время достигнуты значительные успехи в методах, доступных исследователю и, следовательно, в понимании процессов при деформации, многие аспекты в области эволюции микроструктуры, вызванной деформацией, изучены недостаточно.

Непонимание, очевидно, связано с высокой сложностью явления, состоящего из сочетания деформированного состояния металлов и сплавов и процессов локального зарождения и роста зерен.Качественная и количественная характеристика деформированного состояния и тщательное описание структуры и свойств границ зерен или межфазных границ составляют области, имеющие фундаментальное значение для понимания рекристаллизации.

За последние два десятилетия один из наиболее быстро развивающихся методов измельчения микроструктуры был связан с интенсивной пластической деформацией. В этом случае ультрамелкозернистые структуры образуются при деформировании при относительно низких температурах. Это одна из самых многообещающих тем в материаловедении, поскольку она может привести к получению кристаллитов размером от субмикрона до нанометра в самых разных конструкционных металлах и сплавах. Разработки в этой области выявили необходимость разделения явлений восстановления, рекристаллизации и роста зерен на традиционные высокотемпературные «непрерывные» и низкотемпературные «непрерывные» варианты.

Одно из основных преимуществ нового взгляда на эти поля может быть связано с использованием современных методов, таких как ПЭМ, EBSD, спектрометры и возможности моделирования, которые предоставляют нам гораздо более качественные изображения и анализ, чем когда-либо прежде.Эти новые методы могут быть использованы для исследования не только «традиционных» металлов и сплавов, но и таких новых объектов, как высокоэнтропийные сплавы или композиты с металлической матрицей.

Цель настоящего Спецвыпуска – собрать работы, связанные с различными проявлениями динамической рекристаллизации при горячей, теплой или холодной деформации. Я с удовольствием приглашаю вас представить рукописи для этого специального выпуска. Приветствуются полные документы, сообщения и обзоры.

Проф. Сергей Жеребцов
Приглашенный редактор

Информация о подаче рукописей

Рукописи должны быть представлены онлайн на сайте www.mdpi.com, зарегистрировавшись и войдя на этот сайт. После регистрации нажмите здесь, чтобы перейти к форме отправки. Рукописи можно подавать до указанного срока. Все материалы, прошедшие предварительную проверку, рецензируются экспертами. Принятые статьи будут постоянно публиковаться в журнале (как только они будут приняты) и будут перечислены вместе на веб-сайте специального выпуска. Приглашаются исследовательские статьи, обзорные статьи, а также короткие сообщения. Для планируемых статей в редакцию можно отправить название и краткую аннотацию (около 100 слов) для размещения на сайте.

Представленные рукописи не должны быть опубликованы ранее или находиться на рассмотрении для публикации в другом месте (за исключением материалов конференции). Все рукописи проходят тщательную рецензирование в рамках единого процесса слепого рецензирования. Руководство для авторов и другая необходимая информация для подачи рукописей доступны на странице Инструкции для авторов. Materials — международный рецензируемый журнал с открытым доступом, выходящий раз в полгода, издаваемый MDPI.

Перед отправкой рукописи посетите страницу Инструкции для авторов.Плата за обработку статьи (APC) для публикации в этом журнале с открытым доступом составляет 2300 швейцарских франков (швейцарских франков). Представленные документы должны быть хорошо отформатированы и на хорошем английском языке. Авторы могут использовать MDPI Услуги редактирования на английском языке перед публикацией или во время авторских правок.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

2015-2019 © Игровая комната «Волшебный лес», Челябинск
тел.:+7 351 724-05-51, +7 351 777-22-55 игровая комната челябинск, праздник детям челябинск