Работа газа и пара при расширении

Слайд 1. Работа газа и пара при расширении

Физика, 8 класс: как тепло превращается в движение

Слайд 2. Что такое работа газа?

Когда газ находится под давлением в закрытом сосуде, он давит на все стенки. Если одна из стенок подвижна (например, поршень), газ начинает толкать её. В физике это называется совершением работы. Формула работы при постоянном давлении: $A=P\cdot \Delta V$, где $P$ — давление, а $\Delta V$ — изменение объёма.

Слайд 3. Условия совершения работы

Для того чтобы газ совершил работу, необходимы два условия:

• на газ должно действовать давление;

• газ должен изменить свой объём — расшириться или сжаться.

Если объём газа не меняется, механическая работа не совершается: $A=P\cdot \Delta V=0$.

Слайд 4. Схема работы газа в цилиндре

Слайд 5. Внутренняя энергия и охлаждение

Откуда газ берет энергию для работы? Если тепло не подводится извне, газ тратит свою собственную внутреннюю энергию $U$. Молекулы замедляются, и температура газа падает.

Пример: если резко выпустить воздух из баллончика, его поверхность станет ледяной — это результат совершения работы за счет внутренней энергии.

Слайд 6. Сравнение: Расширение vs Сжатие

Газ сам совершает работу над внешними телами. Внутренняя энергия уменьшается, газ охлаждается. Знак работы $A>0$.

Внешние силы совершают работу над газом. Внутренняя энергия увеличивается, газ нагревается. Знак работы самого газа $A<0$.

Слайд 7. Практическое применение: Пар

Пар — это тот же газ, но с огромным запасом энергии.

Паровые турбины на электростанциях превращают энергию пара во вращение генератора.

Поршневые паровые машины приводили в движение первые заводы и паровозы.

Современные ДВС (двигатели внутреннего сгорания) используют расширение раскаленных газов после взрыва топлива.

Слайд 8. Сводная таблица процессов

Важно помнить: работа совершается только тогда, когда есть движение (изменение объема). В неподвижном закрытом котле работа пара равна нулю.

Слайд 9. Вопросы для обсуждения

Опыт с пробкой

Энергия пара

Эффект охлаждения

Техника дома

Почему при сильном нагревании газа внутри бутылки пробка вылетает? Объясните превращение внутренней энергии газа в кинетическую энергию пробки.

Как расширение пара превращается в механическое движение лопаток турбины? Рассмотрите путь от нагрева воды до вращения вала электростанции.

Почему при резком выходе газа из баллончика (дезодорант, сифон) его поверхность становится холодной? Куда расходуется энергия газа?

Какие бытовые приборы используют принцип работы газа или пара? Вспомните устройство двигателя автомобиля, пароварки или холодильника.

Слайд 10. Главные выводы

Газ совершает работу только при изменении своего объёма.

При расширении газ совершает положительную работу и охлаждается.

Внутренняя энергия газа превращается в механическую энергию движения.

Этот физический принцип является основой всей современной теплоэнергетики и транспорта.