Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Název šablony: Inovace ve fyzice 52/F06/8.11.2012,Slabá Janoutová Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Název výukového materiálu: Změna vnitřní energie tělesa konáním práce Autor: Bc. Jana Slabá Janoutová Předmět: Fyzika Třída: VIII. Tématický okruh: Tepelné jevy Téma: Změna vnitřní energie tělesa konáním práce Druh výukového materiálu: prezentace Použití ICT:interaktivní tabule,interaktivita Didaktické,metodické poznámky (popis použití výukového materiálu ve výuce): výklad zahájen pokusy a příklady z praxe. Pomocí pokusů si žáci zopakují pojmy práce, teplota, teplo a souvislost mezi teplem a prací. Na Joulův pokus je rozebrán postupně příklad a pro zajímavost vložena fotografie a životopis Jamese Prescotta Joula. Výklad navazuje na učebnici Fyzika FRAUS 2006,str.41-43. Použité zdroje: http://black-hole.cz/cental/wp-content/uploads/2010/04/Joul%C5%AFv-pokus-trochu-jinak_pro-u%C4%8Ditele.pdf http://www.converter.cz/fyzici/joule.htm

Změna vnitřní energie tělesa konáním práce

Pokus a co z něho plyne vezmi si drát a ohýbej s ním několikrát sem tam, hmatem se potom přesvědči, jak se změnila teplota v místě ohybu drát se v místě ohybu ohřál – zvýšila se jeho vnitřní energie kousek dřeva obrus brusným papírem v místě brusu se dřevo ohřálo - zvýšila jeho vnitřní energie Co plyne z pokusu ? při tření se zvyšuje vnitřní energie, v místě tření se proto zvýší teplota. při tření vzniká teplo. Takto vzniklé teplo nám někdy vadí, někdy je naopak užitečné (potřebné) vadí nám – při vrtání, řezání pilou, soustružení, frézování, motor auta (je třeba nějak chladit) užitečné a potřebné: například při škrtání zápalkou Teplo a práce spolu souvisejí. Když se nám práce zdánlivě ztrácí, není samozřejmě ztracená, ale přeměňuje se na teplo.

Změna vnitřní energie – příklady z praxe při stlačování pístu v hustilce se molekuly vzduchu odrážejí většími rychlostmi, což vede k tomu, že teplota stlačovaného vzduchu roste při driblování míče o podlahu se míč odráží od podlahy změna práce míčku a s třením se míči postupně zvyšuje teplota při míchání vody mixérem se voda nepatrně ohřívá – rychlost molekul vody vzrůstá a proto vzrůstá vnitřní energie vody a tím teplota vody

James Prescott Joule narodil se 24. 12. 1818 v Salfordu u Manchesteru jako druhé z 5 dětí v rodině majitele pivovaru nemocný mladý Joule nechodil do školy a vzdělával se doma v 16 letech odešel studovat do Cambridge na 3 roky a po návratu ze studií si v otcově domě vybudoval vlastní laboratoř, kde ve volném čase bádal a zabýval se teplem ve stáří byl velmi nemocen a zemřel 11. 10. 1889 v Sale

Joulův pokus anglický fyzik Joule vykonal pokus, ve kterém měřil množství práce, které je potřeba k ohřátí vody o 1°C, tento pokus : vyrobil hrnec na 5 l vody, ve kterém se otáčely lopatky kolo s lopatkami bylo poháněno závažími, která klesala dolů (každé závaží mělo 15 kg a klesalo o 1,5 m. každé závaží sestoupilo dolů 50 krát. tímto procesem se zvýšila teplota o 1°C

Příklad na Joulův pokus m = 15 kg h = 1,5 m W = ? W =m.g.h = 15.10.1,5 = = 225J pro jedno závaží Pro dvě závaží po 50sestupech: W = 2.50.225= 22 050J Tato vypočtená práce byla pro 5 l vody. Kolik práce je pro 1 l vody? 1/5 z 22500 J = 4500J Lopatkové kolo pro 1 l vykonalo práci 4500 J V nádobě je 5 litrů vody, která se zvýšila o 1°C. Každé závaží mělo Hmotnost 15kg a při pokusu kleslo 50krát po dráze 1,5 m. Vypočti kolik práce vykonalo lopatkové kolo?

Závěr z předešlého příkladu při pohybu lopatkového kola se kromě vody ohřívá i samotná nádoba a lopatky z toho plyne, že na ohřátí 1 litru vody je potřeba menší práce z přesnějších měření stačí 4180 J = 4200J na ohřátí 1kg (1l) vody o 1°C je třeba vykonat práci 4200J (4,2kJ) Není ti tato hodnota známá? Ano, stejného výsledku bychom dosáhli i dodáním stejně velkého tepla – měrná tepelná kapacita viz MCHF tabulky Závěr: Joule určil změnu vnitřní energie vody výpočtem mechanické práce -------> teplo je druh energie

Příklad č.1 Kámen o hmotnosti 2 kg spadl na zem z výšky 2 m. O kolik se zvýšila jeho vnitřní energie a energie země okolo něj? m = 2 kg h = 2 m W = ? W = m . g. h W = 2 . 10 . 2 W = 40 J Vnitřní energie kamene a země kolem něj se zvětšila o 40 J. Energie, o kterou se zvýšila vnitřní energie, je vlastně práce, kterou kámen vykonal při svém pádu.

Použitý materiál http://black-hole.cz/cental/wp-content/uploads/2010/04/Joul%C5%AFv-pokus-trochu-jinak_pro-u%C4%8Ditele.pdf http://www.converter.cz/fyzici/joule.htm