28.05.2020 Тема: Електроємність. Конденсатори. Енергія зарядженого конденсатора.
Мета уроку: Формувати знання про електроємність як фізичну величину, уявлення про конденсатори, типи конденсаторів та застосування в сучасній техніці; формувати знання про електроємність плоского конденсатора, батареї конденсаторів, енергію зарядженого конденсатора. Опрацювати тему використовуючи відеоурок
25.05.2020 Тема: Робота з переміщення заряду в електростатичному полі. Потенціал. Провідники та діелектрики в електричному полі
Мета уроку: Формувати уявлення про роботу з переміщення заряду в електричному полі, формувати знання про потенціальну енергію взаємодії точкових зарядів; формувати уявлення про потенціал як енергетичну характеристику електричного поля та фізичний зміст різниці потенціалів; формувати розуміння про зв'язок між різницею потенціалів та напруженістю.
Опрацювати тему використовуючи відеоурок
Розглянути приклади розв'язування задач Виконати самостійну роботу
Мета уроку: Формувати уявлення про електричне поле як про вид матерії, що передає електричні взаємодії; формувати знання про силову характеристику електричного поля – напруженість; формувати уявлення про графічне зображення електричного поля за допомогою ліній напруженості.
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Електричне поле
М. Фарадей:
Електричні заряди не діють один на одного безпосередньо.
Кожний заряд створює у навколишньому просторі електричне поле, і взаємодія зарядів відбувається через їхні поля.
Електричне поле поширюється в просторі з величезною, але скінченною швидкістю, – зі швидкістю поширення світла.
Електричне поле – форма матерії, яка існує навколо заряджених тіл і виявляється в дії з деякою силою на заряджене тіло, що перебуває в цьому полі.
Електричне поле є складовою єдиного електромагнітного поля.
Джерелами електричного поля можуть бути рухомі й нерухомі електричні заряди та змінні магнітні поля.
Електростатичне поле – це електричне поле, створене тільки нерухомими зарядами та є незмінним у часі (статичним).
2. Напруженість електричного поля в даній точці
Електричне йоле має певні властивості, які можна дослідити за допомогою пробного електричного заряду.
Пробний електричний заряд – позитивно заряджене тіло, поле якого не змінює поле, у яке він внесений.
Напруженість електричного поля E в даній точці– це векторна фізична величина, яка є силовою характеристикою електричного поля й дорівнює відношенню сили F, з якою електричне поле діє на пробний заряд, поміщений у цю точку поля, до значення q цього заряду.
За напрямок вектора напруженості в даній точці електричного поля беруть напрямок сили, яка діяла б на пробний позитивний заряд, якби він був поміщений у цю точку поля.
3. Напруженість електричного поля точкового заряду
Нехай точковим зарядом Q у вакуумі створено електричне поле. Дослідимо це поле за допомогою пробного зарядуq, розташованого на відстані r від заряду Q.
З боку поля на пробний заряд q діє сила Кулона:
ЗАКРІПЛЕННЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ
4. Відстань між двома точковими зарядами, модулі яких дорівнюють 8 нКл кожний, становить 40 см. Знайти напруженість поля всередині відрізка, що з’єднує ці заряди. Розглянути випадки: а) заряди позитивні; б) заряди негативні; в) один заряд позитивний, інший негативний.
5. Відстань між двома точковими зарядами, модулі яких дорівнюють 5 нКл і 15 нКл, становить 50 см. Знайти напрямок і модуль напруженості поля в точці, розташованій на відрізку, який з’єднує ці заряди, на відстані 20 см від меншого заряду. Розглянути випадки: а) заряди позитивні; б) заряди негативні; в) менший заряд позитивний, більший негативний.
Мета уроку: Формувати уявлення про електричний заряд, два роди електричних зарядів, електризацію тіл; ознайомитися з одним з основних законів електростатики – законом Кулона.
Давайте пригадаємо вивчений нами курс фізики та спробуємо дати відповіді на деякі питання, але спершу переглянемо відео:
Що таке електричний заряд?
Що таке електризація тіл?
Як саме відбувається електризація тіл?
Як можна кількісно виміряти силу, що виникає між електрично зарядженими
тілами? Від чого вона залежить?
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Електричний заряд
Електричний заряд q – це фізична величина, яка характеризує властивість частинок або тіл вступати в електромагнітну взаємодію.
[q]=1 Кл
1 кулон дорівнює заряду, який проходить через поперечний переріз провідника за 1 секунду, якщо сила струму в провіднику становить 1 ампер:
1 Кл=1 А⋅с
Основні властивості електричного заряду:
1. Існують два роди електричних зарядів – позитивні й негативні.
Електричний заряд такого роду, як заряд, отриманий на бурштині або ебонітовій паличці, потертих об вовну, прийнято називати негативним, а такого роду, як заряд, отриманий на паличці зі скла, потертій об шовк, − позитивним.
2. Тіла, що мають заряди одного знака, відштовхуються; тіла, що мають заряди протилежних знаків, притягуються.
3. Носієм електричного заряду є частинка – електричний заряд не існує окремо від неї.
4. Електричний заряд є дискретним, тобто електричні заряди фізичних тіл кратні певному найменшому (елементарному) заряду.
Носій найменшого негативного заряду – електрон. Цей заряд зазвичай позначають символом e, його значення:
Носій найменшого позитивного заряду – протон. Заряд протона за модулем дорівнює заряду електрона.
|q|=N|e|
q− заряд тіла, e− заряд електрона, N− ціле число.
2. Заряд електрона
Проблемне питання
• Як був виміряний заряд електрона?
Перше досить точне вимірювання елементарного заряду здійснив американський фізик-експериментатор Роберт Ендрус Міллікен (1868–1953) на початку ХХ ст.
Схема досліду:
На масляну краплю (негативно заряджена), що потрапляє між пластинами, діють сила тяжіння (Fтяж ), сила опору повітря (Fоп ), архімедова сила (Fарх ) і сила з боку електричного поля заряджених пластин (Fел).
Міллікен з’ясував, що кожного разу заряд q краплі був кратним деякому найменшому заряду:
Тобто q=Ne, де N − ціле число.
3. Електризація тіл
Проблемне питання
• Що таке електризації тіл?
Електризація – це процес одержання електричного заряду макроскопічними тілами або їх частинами.
Під час електризації тертям частина електронів зі скляної палички перейде на клаптик шовку, в результаті чого скляна паличка набуде позитивного заряду, а клаптик шовку – негативного.
Під час електризації відбувається перерозподіл наявних електричних зарядів, а не створення нових.
Закон збереження електричного заряду:
Повний заряд електрично замкненої системи тіл залишається незмінним під час усіх взаємодій, які відбуваються в цій системі.
q1+q2+⋯+qn=const
q1,q2,⋯,qn – заряди тіл, що створюють електрично замкнену систему,
n – кількість таких тіл.
Під електрично замкненою системою розуміють таку систему тіл, у яку не проникають заряджені частинки ззовні і яка не втрачає «власних» заряджених частинок.
4. Закон Кулона
Точковий заряд – це фізична модель зарядженого тіла, розмірами якого можна знехтувати порівняно з відстанями від нього до інших заряджених тіл, що розглядаються.
Точковий заряд є не реальним об’єктом, а фізичною моделлю. Необхідність уведення такої моделі спричинена тим, що в загальному випадку взаємодія заряджених тіл залежить від багатьох чинників, отже, не існує єдиної простої формули, яка описує електричну взаємодію для будь-якого довільного випадку.
Французький фізик Шарль Кулон (1736–1806) експериментально встановив закон, який став основним законом електростатики і був названий на його честь, —
Закон Кулона:
Сила F взаємодії двох нерухомих точкових зарядів q1і q2прямо пропорційна добутку модулів цих зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані r між ними:
k– коефіцієнт пропорційності.
Коефіцієнт пропорційності k чисельно дорівнює силі, з якою взаємодіють два точкові заряди по 1Кл кожний, розташовані у вакуумі на відстані 1 м один від одного.
Зверніть увагу!
•У законі Кулона йдеться про добуток модулів зарядів, оскільки знаки зарядів впливають лише на напрямок сили.
•Сили, з якими взаємодіють точкові заряди, зазвичай називають кулонівськими силами.
•Кулонівські сили напрямлені вздовж прямої, яка з’єднує точкові заряди, що взаємодіють.
•Якщо треба визначити силу взаємодії зарядів у випадку, коли взаємодіють три заряди чи більше, спочатку визначають сили взаємодії певного заряду з кожним із решти зарядів, а потім розраховують їхню результуючу.
•Якщо заряди перемістити з вакууму в діелектрик, то сила їхньої взаємодії зменшиться в ε разів, де ε – діелектрична проникність діелектрика.
Контрольна робота №6 з теми «Основи термодинаміки»
Виконати завдання контрольної роботи відповідно до ваших варіантів.
Контрольна робота складається з двох частин.
В першій частині вам потрібно відповісти на запитання тесту, а в другій частині розв’язати задачі. Для отримання оцінок "достатнього та високого рівнів", на адресу muzhenko33@gmail.com надсилайте ваші розв’язки завдань другої частини.
Увага !!! Доступ до завдань розпочинається 18.05.2020 о 9.00 закінчується о 11.оо
Тема: Розв'язування задач. Підготовка до контрольної
роботи з теми «Основи термодинаміки»
Перевірка домашнього завдання Вправа № 39 (2,3,4)
Узагальнюємо та систематизовуємо знання на основі аналізу відповідних таблиць і схем, поданих у рубриці «Підбиваємо підсумки розділу ІІІ “Молекулярна фізика і термодинаміка. Частина 2. Основи термодинаміки”» сторинки 235-236 підручника.
РОЗВ'ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ
1. Який вид теплопередачі неможливий у твердих тілах?
а) Теплопровідність; в) Конвекція;
б) Випромінювання; г) Можливі всі
види теплопередачі.
2.Як змінилася внутрішня енергія ідеального одноатомного газу, взятого в
кількості 0,5 моль, якщо температура газу збільшилася на 200К?
3. Над газом виконали роботу 50 Дж, при цьому його внутрішня енергія
зменшилася на 80 Дж. Яку кількість теплоти одержав (або віддав) газ?
4. Яку роботу виконав дизельний двигун, який має ККД 40 %, якщо в процесі згоряння палива виділилося 44 МДж теплоти?
6. На скільки змінилася внутрішня енергія ідеального одноатомного газу об’ємом 20 л, якщо під час його ізохорного нагрівання тиск збільшився від 1,5ꞏ105
до 2ꞏ105Па? Яку роботу виконав газ?
7. Визначте роботу і зміну внутрішньої енергії криптону, якщо його об’єм збільшився від 15 до 20 л. Тиск є незмінним і дорівнює 2ꞏ105 Па.
9. На рисунку наведено графік процесу, що відбувався з ідеальним одноатомним газом. Яку роботу виконав газ? На скільки змінилася його внутрішня енергія? Яку
кількість теплоти віддав газ довкіллю? Визначте ККД наведеного циклу.
Домашнє завдання
Повторити § 36–39. Підготуватись до контрольної роботи.
Виконати завдання №8 рубрики «Завдання для самоперевірки до розділу ІІІ “Молекулярна фізика і термодинаміка.Частина 2. Основи термодинаміки”» підручника.
01.04.2021 Тема: Принцип дії теплових двигунів. Холодильна
машина.
Мета: Формувати уявлення про принцип дії теплових двигунів, про необоротність теплових процесів; формувати знання про холодильну машину; формувати вміння розв’язувати фізичні задачі на визначення ККД теплового двигуна; формувати розуміння наукових принципів сучасного виробництва, техніки й технологій; формувати екологічне мислення й відповідну поведінку.
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Необоротність процесів у природі
Оборотний процес – це процес, при якому можливе повернення системи в початковий стан без будь-яких змін у навколишньому середовищі.
Наприклад, абсолютно пружна кулька, падаючи у вакуумі на абсолютно пружну плиту, повернеться після відбиття у вихідне положення, пройшовши у зворотному напрямку всі ті проміжні стани, які вона проходила при падінні.
Необоротний процес – це процес, при якому неможливе повернення системи в початковий стан без перетворень у навколишньому середовищі.
Теплообмін, як показує досвід, є односторонньо спрямованим процесом. В результаті теплообміну енергія передається сама по собі завжди від тіла з високою температурою до тіла з більш низькою температурою. Зворотний процес передачі теплоти від холодного тіла до гарячого сам по собі ніколи не відбувається.
При дифузії вирівнювання концентрацій відбувається мимовільно. Зворотний же процес сам по собі ніколи не відбудеться: ніколи мимовільно суміш газів, наприклад, не розділиться на її складові компоненти.
Необоротність
процесів у природі відображає другий закон (начало) термодинаміки, який має
кілька еквівалентних формулювань.
Неможливим є процес, єдиний результат якого – передача енергії у формі теплоти від менш нагрітого тіла до більш нагрітого.
Другий закон (начало) термодинаміки (Вільяма Томсона (лорд Кельвін) 1851 р):
Неможливим є періодичний процес, єдиний результат якого – виконання тілом механічної роботи за рахунок зменшення його внутрішньої енергії.
2. Тепловий двигун
Тепловий двигун – теплова машина циклічної дії, яка енергію, що виділяється під час згоряння палива, перетворює на механічну роботу.
Принцип роботи теплових двигунів: робоче тіло, одержуючи певну кількість теплоти Q1 від нагрівника, виконує механічну роботу A і передає деяку кількість теплоти Q2 холодильнику.
3. Коефіцієнт корисної дії (ККД)
Коефіцієнт корисної дії η двигуна – фізична величина, яка характеризує економічність теплового двигуна і дорівнює відношенню роботи, виконуваної двигуном за цикл, до кількості теплоти, одержуваної від нагрівника.
η= A/Q1η= (Q1-Q2)/Q1
Q1 – кількість теплоти, одержана від нагрівника
Q2 – кількість теплоти, віддана холодильнику
Аналізуючи роботу теплових двигунів, французький інженер Саді Карно (1796–1832) у 1824 р. дійшов висновку, що найбільш ефективним (із максимально можливим ККД ηmax ) є так званий ідеальний тепловий двигун.
Ідеальний тепловий двигун – це двигун, який працює за циклом, що складається з двох ізотермічних і двох адіабатних процесів.
Цикл Карно:
1–2 – ізотермічне розширення за температури Tн, робоче тіло одержує теплоту Q1;
2–3 – адіабатне розширення, зменшення температури до Tх, теплообміну немає;
3–4 – ізотермічне стиснення за температури Tх, робоче тіло віддає теплоту Q2;
4–1 – адіабатне стиснення, збільшення температури до Tн.
Карно довів, що ККД такого двигуна дорівнює:
Tн – температура нагрівника; Tх – температура холодильника.
Другий закон (начало) термодинаміки (Саді Карно):
Будь-яка реальна теплова машина, що працює з нагрівником, який має температуру Tн, і холодильником із температурою Tх, не може мати ККД, який перевищує ККД ідеальної теплової машини.
4. Теплові двигуни
Види теплових двигунів:
Парові турбіни (використовують у теплових та атомних електростанціях);
Двигуни внутрішнього згоряння (автомобілі, водні судна);
Реактивні та турбореактивні двигуни (літаки та ракети).
Принцип роботи чотиритактного дизельного двигуна
I такт Всмоктування
Ділянка 1 → 2 графіка. Поршень рухається вниз. Через відкритий впускний клапан повітря втягується в циліндр.
II такт Стиснення
Ділянка 2 → 3 графіка. Обидва клапани закриті, поршень рухається вгору, стискаючи повітря. Завдяки величезному стисненню повітря розігрівається до температури понад 700 °С.
III такт Робочий хід
Ділянка 4 → 5 → 6 графіка. Через форсунку в циліндр вприскується розпилене дизельне паливо (3 → 4), яке змішується з розігрітим повітрям. Паливно-повітряна суміш спалахує і, розширюючись, штовхає поршень униз.
IV такт Випускання
Ділянка 2 → 1 графіка. Відкривається випускний клапан (6 → 2). Поршень піднімається, і відпрацьовані гази виходять через випускний клапан.
5. Холодильний пристрій
Холодильний пристрій – це пристрій циклічної дії, який підтримує в холодильній камері температуру нижчу, ніж температура довкілля.
Принцип роботи холодильного пристрою: робоче тіло (холодоагент – пара рідини, яка легко випаровується) розширюється і виконує роботу, одержуючи кількість теплоти Q2 від холодильної камери. За рахунок роботи A'=Q1-Q2 зовнішніх сил робоче тіло стискається, при цьому довкіллю передається кількість теплоти Q1=Q2+A'
Холодильний коефіцієнт пристрою – це фізична величина, яка характеризує ефективність роботи холодильного пристрою і дорівнює відношенню кількості теплоти, забраної за цикл від холодильної камери, до роботи зовнішніх сил.
Q2– кількість теплоти одержана від холодильної камери
A' – робота зовнішніх сил
Q1 – кількість теплоти передана довкіллю
Максимальний
холодильний коефіцієнт пристрою:
Холодильний коефіцієнт пристрою може бути більшим за одиницю (на відміну від ККД теплового двигуна).
Поміркуйте:
• Що таке кондиціонер та як він працює?
Кондиціонер – електричний пристрій, призначений для охолодження повітря в приміщенні.
Якщо трубки теплообмінника винести за межі приміщення, а холодильну камеру
залишити відчиненою, то холодильний пристрій забиратиме тепло з приміщення та
віддаватиме його довкіллю.
