Жылу мөлшерін есептеу
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
1-ТАРАУ. ЖЫЛУ ҚҰБЫЛЫСТАРЫН ОҚЫТУДЫҢ ТЕОРИЯЛЫҚ ЖӘНЕ ӘДІСТЕМЕЛІК НЕГІЗДЕРІ
1.1 Жылу берілу және жұмыс
1.1.1 Молекулалардың хаостық қозғалысы. Денелердің температурасы
1.1.2 Денелердің ішкі энергиясы және оны өзгерту тәсілдері
1.1.3 Жылудың берілу тәсілдері
1.1.4 Жылу мөлшері. Жылу мөлшерінің бірліктері
1.1.5 Заттың меншікті жылу сыйымдылығы. Жылу мөлшерін есептеу
1.1.6 Отынның энергиясы
1.1.7 Механикалық және жылу процестерінде энергияның сақталу және айналу
заңы
1.2 Заттың агрегат күйінің өзгеруі
1.2.1 Заттың агрегат күйлері. Кристалл денелердің балқуы мен қатаюы
1.2.2 Меншікті балқу және қатаю жылуы
1.2.3 Денелердің балқуының техникада қолданылуы
1.2.4 Кебу (булану). Конденсация
1.2.5 Қайнау
1.3 Жылу қозғалтқыштары
1.3.1 Газдың ұлғаюындағы жұмысы. Іштен жану қозғалтқышы
1.3.2 Бу турбинасы
1.3.3 Қозғалтқыштың пайдалы әсер коэффициенті
1.3.4 Тепловоз депосына экскурсия жасау
2-ТАРАУ. ФИЗИКА САБАҚТАРЫНДА ЖЫЛУЛЫҚ ҚҰБЫЛЫСТАРДЫ ОҚЫТУ ӘДІСТЕМЕСІ
2.1 Мектеп физикасының оқу жоспарындағы Жылу құбылыстары бөлімінің алатын
орны
2.2 Жылу құбылыстарын оқытуда компьютерлік технологияны пайдалану
2.3 Жылу құбылыстары бойынша мультимедиялық оқулықтарды пайдалану
әдістемесі
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
КІРІСПЕ
Көкейкестілігі. Қазақстан Республикасындағы
білімді ақпараттандыру жүйесін ары қарай дамыту процесін, оқып үйренудің
ақпараттық ресурсы болып табылатын, оқытуга арналған программалық
құралдарды дайындамай жүзеге асыру мүмкін емес. Олардың атқаратын
қызметтерінің де ауқымы кең, мысалы, бақылайтын және тест жүргізетін
программалар, компьютерлік ойындар ақпараттық жүйелер, оқыту орталары,
электрондық оқулықтар және мультимедиялық программалар. Осы оқытуға
арналған программалық құралдардың әртүрлі нұсқаларын әзірлеу әрбір
оқытушының негізгі жұмысы болып табылады.
Бүгінгі күні ақпараттық технология кең көлемде оқыту мен педагогикалық
ұйымдастыру қызметінде барлық республикалық жоғарғы оқу орындарында
қолданылады. Электрондық оқулық көмекші құралдар, компьютерлік тапсырмалар,
лабораториялық жұмыстар, педагогикалық программалық шаралар бұларды
оқытушылар өздері құрады және пайдаланады.
Қазіргі кезде білім беруді ақпараттандыру процесінің жүргізілуіне
-байланысты осы процесті жүзеге асырудағы өзекті мәселелердің бірі-
электрондық оқулыктар дайында болып отыр. Ал оларды оқыту процесіне қолдану-
сапалы білім берудің бірден-бір құралы болып табылады. Себебі тек
оқытушының айтқандарын немесе оқулықты пайдалану қазіргі заман талабын
қанағаттандырмайды.
Электрондық оқу материалдарын әрбір оқытушының, тіпті болашақ мұғалім-
бүгінгі студенттің дайындай білгені жөн.
Сондықтан біз осы мәселелерді ескер— отырып, курстық
жұмысымыздың тақырыбын Орта мектеп физика курсында
электрондық оқулықтарды пайдалану әдістемесі деп алуды жөн көрдік.
Зерттеудің мақсаты: Физика сабақтарында Жылу құбылыстары тақырыбына
әдістеме жасау.
Зерттеудің міндеті: Баяндалатын тақырып немесе құбылыс, иә заңның
негізгі физикалық түйінін қамтитын, дәстүрлі оқулықтардың баяндау стилінен
өзгеше, мультимедиялық оқулықтарға тән қысқа мәтін даярлау;
-Баяндалатын такырыптың ішкі мазмұнын айқын ашып көрсететін интерактивті
суреттер мен медиобьектілер даярлау;
-Тақырыптың материалдарын қаншалықты сәтті игергенін оқушының өзіне
тексеруге мүмкіндік беретін тесттік бағдарламалар даярлау;
-Физика ғылымының қалыптасу жолынан, физик-ғалымдардың өмірінен
мағұлматтар беретін тарихи материалдар, анықтамалық заңдар және қазақша-
орысша физикалық сөздік, формулалар, кестелер, есептер мен зертханалық
жұмыстардың нәтижелерін даярлау.
Зерттеудің базасы: МКТУ
Зерттеудің пәні: бейімді мектептерде физика курсын оқытуда Жылу
құбылыстары мазмұнын қалыптастыру
Зерттеудің нысаны: физика курсын бейімді мектептерде оқыту үрдісі
Физика қазіргі таңдағы табиғат танудың озат ғылымдарының бірі болып
табылады. Физиканың ғылым мен техниканың дамуына ықпалы зор. Қазіргі таңда
виртуальды білім беру мәселесі кеңінен талап етілуде. Оқушылар белгілі
технологияларға сай, олардың өз бетімен білім ала білетіндей етіп жағдай
туғызуға тырысу қажет. Оқытудың осындай әдістемесі оқытушының өту тиімді
тәсілдерді қолдана отырып, қажырлы еңбек етуін, сондай-ақ оқушылардың да
асқан жауапкершілікті сезінуін талап етеді. Оқу процесінде компьютерді
тиімді пайдалану және қолдану кейінгі жолдары айтарлықтай оң тәжерибе беріп
отыр. Атап айтсақ оқушылардың өз бетімен ізденісі, олардың пәнге деген
қызығушылығын арттырып, шығармашылығын дамытуға, оқу қызметінің мәдениетін
қалыптастыруға, дербес жұмыстарын ұйымдастыруға ерекше қолайлы жағдай
туғызып отыр.
Курстық жұмыстың құрылымы: кіріспеден, екі тараудан, қорытындыдан және
пайдаланған әдебиеттер тізімінен тұрады.
Кіріспеде – зерттеу тақырыбының өзектілігі, мақсаты, міндеті, пәні,
нысаны, базасы тұжырымдалады.
Жылу құбылыстарын оқытудың теориялық және әдістемелік негіздері деп
аталатын бірінші тарауда: жылу берілу және жұмыс, заттың агрегат күйінің
өзгеруі, жылу қозғалтқыштары тақырыптары теориялық тұжырымдалады.
Физика сабақтарында Жылулық құбылыстарды оқыту әдістемесі деп аталатын
екінші тарауда: мектеп физикасының оқу жоспарындағы Жылу құбылыстары
бөлімінің алатын орны, жылу құбылыстарын оқытуда компьютерлік
технологияны пайдалану, жылу құбылыстары бойынша мультимедиялық
оқулықтарды пайдалану әдістемесі тақырыптары қамтылған.
Одан әрі дипломдық жұмыс қорытындыдан, пайдаланылған әдебиеттер
тізімінен тұрады.
1-ТАРАУ ЖЫЛУ ҚҰБЫЛЫСТАРЫН ОҚЫТУДЫҢ ТЕОРИЯЛЫҚ ЖӘНЕ ӘДІСТЕМЕЛІК НЕГІЗДЕРІ
1.1. ЖЫЛУ БЕРІЛУ ЖӘНЕ ЖҰМЫС
1.1.1. Молекулалардың хаостық (жылулық) қозғалысы. Денелердің
температурасы
Тақырыпты оқып үйренуге кіріскенде, оқушылармен молекула-кинетикалық
теориялардың негізгі ережелерін қайталап және айқындап алу қажет, өйткені
бүкіл бөлімді оқығанда соларға сүйенуге тура келеді. Қайталау кезінде газ
тәрізді, сұйық және қатты денелерді құрайтын бөлшектердің қозғалыс
ерекшелігіне тоқталу қажет. Оқушылар микробөлшектердің (молекулалардың)
үздіксіз қозғалыста болатынын естеріне түсіреді. Мысалы, газ молекулалары
түзу сызық бойымен қозғалады да, басқа молекулалармен соғыла отырып, өзінің
қозғалыс бағыты мен жылдамдығын өзгертеді және келесі соғылуға дейін өзінің
қозғалысын қайтадан әрі қарай жалғастырады. Молекулалардың қозғалысы —
тәртіпсіз қозғалыс. Мұндай қозғалыс жылу қозғалысы деген атау алды.
Сондай-ақ оқушылардың естеріне бөлшектердің қозғалыс жылдамдығы дененің
температурасымен байланысты екенін салады: бөлшектер неғұрлым шапшаң
қозғалса, дене соғұрлым көбірек қызған болады.
Жылу қозғалысы жөніндегі ұғымға сүйеніп, температура ұғымын анықтай
түсуге көшеді.
Температураның ғылыми анықтамасы жылулық тепе-теңдік ұғымын енгізуді,
температуралардың эмпирикалық шкаласын тағайындауға, термометрлік денені
және температуралық белгіні таңдап алуды талап етеді. VIII сыныпта оқушылар
температура ұғымын дененің қыздырылу дәрежесі ретінде қабылдаса, сұйықтық
термометрлердің жұмыс істеу принципі мен олармен температураны өлшеп
үйренсе болғаны.
Өмір тәжірибесі мен табиғат тану курсынан оқушыларға әр түрлі денелер
түрліше дәрежеде қыздырыла алатындығы белгілі. Мысалы, ыдыстағы су суық,
жылы немесе ыстық бола алуы мүмкін. Жылу мен суықты сезіп-білу белгілі
дәрежеде субьективті болып табылады. Жылулықты сезіп-білудің
субъективтігіне оқушылар мынадай тәжірибе арқылы көз жеткізе алады.
Демонстрациялық үстелге ішінде суы бар үш ыдыс орналастырылады: центріне
ішінде бөлме температурасындағы суы бар ыдыс, сол жаққа — ішінде ысытылған
суы бар ыдыс, оң жаққа — су құбырынан құйылған суы бар ыдыс (оның
температурасы бөлме температурасынан төмен). Бір оқушыны шақырып алып, сол
қолын ысытылған суы бар ыдысқа матырып, ал оң қолын суық су құйылған ыдысқа
матыруды ұсынады. Біраз уақыттан кейін оқушыға екі қолын да температурасы
бөлме температурасындай ыдыстағы суға матыруды ұсынады. Оқушыдан: Енді не
сездің?—деп сұрайды. Екі қолы да бір температурадағы суға матырылып тұрса
да, оқушы оң қолы жылулықты, ал сол қолы — суықты сезгенін айтады. Дененің
жылулық күйі, оның температурасы жөнінде дәл пікір айтуға мүмкіндік беретін
арнайы приборларды пайдалану қажеттігі жөнінде қорытынды жасалады. Проблема
туады: дененің қаншалықты қызғандығын айқын көрсететіндей қасиетін немесе
сондай белгісін табу керек. Қыздырғанда денелердің ұлғаюы осындай белгі
бола алады. Неғұрлым дене көбірек қызған болса, соғұрлым оның көлемі үлкен
болады, соғұрлым молекулалар мен атомдардың тәртіпсіз қозғалысы қауырттырақ
интенсивтірек) болады.
Жылулық ұлғаюға негізделген термометрдің жұмыс принципін 1-суретте
кескінделген прибормен жасалатый тәжірибемен түсіндірген ыңғайлы. Колбаны
ыстық суы бар ыдыстың ішіне қойып жылытып, қолбадағы су неғұрлым көбірек
ысытылса, соғұрлым судың түтік ішіндегі деңгейі жоғарырақ болады. Егер
қолбадағы сұйықтың температурасы айналадағы ортаның температурасындай
болса, онда
бағанның биіктігіне қарап, сол ортаның (ауаның, судың) температурасы
жөнінде сөз етуге болады. Сонымен, тәжірибеде пайдаланылған приборға ұқсас
прибор термометр бола алады.
Бірақ температураны ондай прибормен оны градуирлегеннен кейін ғана
өлшеуге болады. Термометрді алдымен су мен мұздың қоспасына батырып, сонан
соң қайнап тұрған су буына батырып, оны қалайша градуирлеуге болатынын
сабақта оқушыларға демонстрациялап көрсету керек. Егер кабинетте Главуч-
техпромның демонстрациялық термометрі бар болса, алдын ала шкаланы ақ қағаз
жолағымен жауып қойып, сол термометрді пайдаланып, демонстрациялап
көрсеткен жақсы.
Термометрдің өзінің, температурасы өлшенетін, айналадағы ортамен (ауамен
немесе басқа ортамен) жылулық тепе-теңдікке жетуінің маңыздылығын атап
көрсету қажет.
Сабақта лабораториялық және медициналық термометрлерді қарастырған жөн.
Оқушыларды температураны өлшеудің мынадай ережелерімен таныстыру қажет:
әр термометр белгілі бір шектердегі температураларды ғана өлшеу үшін
арналған, егер өлшенетін температура берілген термометр үшін тағайындалған
шекті мәндерден жоғары немесе төмен болып шығатын болса, термометрді
пайдалануға болмайды; термометр бойынша есептеуді ол ортаның температурасын
қабылдап алатын біршама уақыт өткеннен кейін бастау керек; температураны
өлшегенде термометр (медициналык термометрден басқасы) температурасы
өлшенетін ортадан шығарылмауы тиіс, бақылаушының көзі, термометр
толтырылған, сұйықтың бағанының жоғарғы ұшының деңгейінде болуы тиіс.
Табиғат пен техникада кездесетін температуралардың кейбір мәндерін
айтқан пайдалы. Әр түрлі сүт қоректілердің қалыпты температуралары 35-тен
40,5° С-қа дейін болады; дені сау адамнын температурасы 36—37° С; құс-
тардың температурасы 39,5—44° С. Жер бетінде ауаның ең жоғарғы темпе-
ратурасы (58° С), Триполиде тіркелген, ал ең төменгі температурасы—88°,3 С
Антарктидада.
Газ толтырылған лампының вольфрам қылы токпен 2525° С-қа дейін
қыздырылады, ал Күн бетінің температурасы 6000° С-қа жуық.
Демонстрациялық тәжірибелерде сұйықтық термометрмен бірге электр
термометрді де қолдануға болады, өйткені Главуч-техпром шығаратын
демонстрациялық термометрдің елеулі кемшілігі бар: оның жылу сыйымдылығы
едәуір үлкен және жылулық инерциясы бар (өлшеу уақыты 1–1,5 мин, сұйықтың
көлемі 200 см3-ден кем емес).
Өнеркәсіп мектепке арнап электр термометр шығарады, оның датчигі,
демонстрациялық гальванометрі бар өлшеу көпіріне қосылатын, термистор
болып табылады.
VIII сынып оқушылары электр термометрде
пайдаланылатын физикалық құбылыстармен таныс болмағандықтан, мұғалім оларға
приборды градуирлеу принципін түсіндірсе болғаны және мысалы, судың
температурасын электр және сұйықтық термометрлермен өлшей отырып, осындай
прибормен денелердің температураларын өлшеу мүмкін екендігіне оқушылардың
көздерін жеткізсе болғаны.
Термометр шкалалары бойынша бастап санауға оқушыларды төселдіру үшін, әр
түрлі шкалалар жиынтығы бар, демонстрациялық модельмен (2-сурет) сыныппен
түгелдей жаттығулар өткізген пайдалы.
1.1.2. Денелердің ішкі энергиясы және оны өзгерту тәсілдері
Физиканың қазіргі кездегі курстарында, мысалы, Б. М. Яворский т. б.
оқулығында ішкі энергия ұғымының мазмуны былайша ашылып көрсетіледі:
Қозғалыс сипатына және денені құрап турған бөлшектердің өзара әсеріне
байланысты ішкі энергияны мынадай құрамды бөліктерге ажыратуға болады:
а) молекулалардың хаостық (ілгерілемелі және айналмалы) қозғалысының
кинетикалық энергиясына;
б) молекулааралық өзара әсер күштері себепті болатын потенциялық
энергиясына;
в) атомдар мен молекулалардың тербелмелі қозғалысының кинетикалық және
потенциялық знергиясына;
г) атомдар мен иондардың электрондық қабықшаларының энергиясына,
сондай-ақ ядро ішіндегі энергияға.
VIII сыныпта оқушылар молекулалардың хаостық қозғалысының энергиясы
(молекула-кинетикалық) және молекулалардың өзара әсер энергиясы (молекула-
потенциялық) дененің ішкі энергиясының бір бөлігі болып табылатындығын
игеріп алса болғаны. Ғылыми тұрғыдан алғанда да булай болуы заңды, өйткені
мектепте оқып үйренілетін жылу құбылыстары орташа температуралық диапозонда
өтеді, мұнда денелердің ішкі энергиясының өзгеруі негізінен молекулалардың
кинетикалық және потенциялық энергииларының өзгеруіне байланысты.
Таныстыру көлемінде, сондай-ақ VIII сыныпқа арналған оқулықтағыдай ішкі
энергияға сондай-ақ атомдық энергия да жатады, ол жөнінде оқушылар электрді
оқып үйрену кезінде ұғым алады.
Ішкі энергия ұғымы мен оның өзгеру тәсілдерін қалыптастыруға кіріскенде,
оқушылардың механикалық энергия мен дененің ішкі құрылысы жөнінде не
білетіндерін естеріне түсіруді ұсыну керек.
Мұнда оқушылардың мынадай мәселелерді ұғынуларын анықтаудың маңызы бар:
Кандай жағдайда денелердің энергиясы бар делінеді? Механикалық
энергияның кандай түрлері бар?, Қандай денелердің кинетикалық энергиясы
бар және ол неге байланысты?, Денелердің потенциялық энергиясы неге
байланысты? Бұл сұрақтар оқушыларға ішкі энергияны оқып үйренуде оны
механикалық энергиямен шатастырмауға көмектеседі.
Ішкі энергия ұғымын түрліше әдістермен қалыптастыруға болады. Бірінші
әдісте, серпімсіз денелер — қорғасын шар мен қорғасын пластинка
соқтығысқанда, энергияның сақталу заңының бұзылатыны сияқты көрінетіндік
идеясы негіз етіп алынады, екінші әдісте — жұмыс энергияның өзгеру, айналу
процесінде жасалады және жұмыс энергияның осы өзгеруінің немесе айналуының
өлшеуіші болып келеді, деген ой негіз етіп алынған. Бас-
қаша айтқанда, егер дене жұмыс жасап тұрса немесе жұмыс жасайтын болса,
онда оның энергиясы болғаны.
Бірінші әдіс онша назар аударарлық емес, өйткені онда ақтығында өзара
әсер етуші денелердің (қорғасын шар мен пластинканың) ішкі энергиясы құлап
түсіп келе жатқан қорғасын шардың потенциялық энергиясы кему есебінен
артады. Бұл денелердің соқтығысқанға дейін ішкі энергиясы болды ма деген
мәселеге келсек, ол ашық қалады. Сондықтан алғашқы тәжірибелер денелердің
ішкі энергияларының оларды қыздыруға және олармен жұмыс жасағанға дейін
болуын иллюстрациялап көрсетулері тиіс. Мұндай демонстрациялар қатарына ауа
насосының қалпағының астына орналастырылған картоптан жасалған пистолетпен
орындалатын тәжірибені жатқызуға болады. Қалпағының астындағы ауа
сиретілгенде картоп тығын пробиркадан атып шығады. Қорытынды жасалады:
жұмыс жасаған пробирка ішіндегі ауа, олай болса, оның энергиясы болғаны.
Механикалық энергиядан айырып, бұл энергияны дененің ішкі энергиясы деп
атайды. Бұл — денені құрап тұрған бөлшектердің қозғалыс және өзара әсерлесу
энергиясы. Денені құрайтын микробөлшектер (молекулалар, атомдар) бір-
бірімен өзара әсерлеседі (тартылады және тебіледі), олай болса, олардың
потенциялық энергиясы болады.
Сұйықтарда және қатты денелерде молекулалар мен атомдар тербелмелі
қозғалыс жасайды, сондықтан олардың кинетикалық және потенциялық энергиясы
болады.
Атомдар мен молекулалардың хаостық (жылулық) қозғалысының кинетикалық
энергиясы, олардың өзара әсерлерінің потенциялық энергиясымен бірге,
дененің ішкі энергиясының бір бөлігін құрайды және дененің берілген
мезеттегі күйін сипаттайды.
Бұдан кейін оқушыларға денелердің ішкі энергиясының механикалық
энергиядан айырмашылығын түсіндіру керек. Механикалық энергия дененің
қозғалыс жылдамдығы мен массасына тәуелді, сондай-ақ сол дененін басқа
денелерге қатысты орналасуына тәуелді. Ішкі энергия болса дененің бүтіндей
қозғалыс жылдамдығына тәуелді болмайды. Ол денені құрайтын бөлшек-тердің
қозғалыс жылдамдығы мен олардың өзара орналасуымен анықталады.
Бұдан кейін оқушыларды дененің ішкі энергиясының өзгеру тәсілдерімен
таныстырып, ол энергияның механикалық жұмыс жасалғанда (денеге немесе
дененін, өзі) және жылу берілуде өзгере алатынын көрсетеді. Бұған мынадай
қарапайым әрі сонымен бірге сенімді тәжірибелер көмектеседі, оларда көмекші
құбылыстар негізгі идеяны көмескілендірмейді. Бұл тәжірибелерде ішкі
энергияның бөлігі ретінде тек молекулалардың гана энергиясы қарастырылған.
Потенциялық энергия туралы заттың агрегат күйлерінің өзгеруін қарастырғанда
сөз еткен орынды.
1. Дилатометрдің қолбасына қолды тигізіп, түтіктегі боялған су
тамшысының орын ауыстыруын байқайды. Құбылыс қыздырған кезде ауанын
ұлғаюынан болады деп түсіндіріледі. Ауаның қызуы болса (оның
температурасының артуы) оның молекулаларының тәртіпсіз (жылулық)
қозғалысы жылдамдығының артқандығын, демек, дененің ішкі энергиясының бір
бөлігі болып табылатын олардың кинетикалық энергия-сының артқандығын
көрсетеді.
Бұл жағдайда ішкі энергия жылу берілу жолымен арттырылады. Егер колбаны,
температурасы бөлме температурасынан төмен болып келген, суы бар ыдысқа
қойса, түтіктегі су тамшысы төмен қарай орын ауыстырып, колбадағы ауаның
температурасының төмендегенін көрсетеді, демек, молекулалардың тәртіпсіз
қозғалысы жылдамдығының кемігенін, олардың кинетикалық энергиясының
кемігенін көрсетеді.
2. Штативке қысылған және манометрлік түтікпен немесе
микроманометрмен қосылған баллонды (3-сурет) шұғамен ысқылап,
манометр түтіктеріндегі сұйыктың деңгейінің өзгергенін байқайды. Құбылыс
баллондағы ауаның ұлғаюымен түсіндіріледі, ұлғаю болса, ауа молекулаларының
кинетикалық энергиясының артуы себебінен болады. Бұл тәжірибеде
дененің (ауаның) ішкі энергиясының артуы механикалық жұмыс жасалу
салдарынан болады.
3. Ауа шақпағы алынады. Ауа тез сығылғанда соншалықты күшті қызып,
тіпті цилиндрдегі поршень астындағы эфир булары тұтанып кетеді. Эфир
буларының өздігінен тұтану температурасы 180°С. Эфир буларының ішкі
энергиясының ұлғаюы сығылу бойынша істелетін механикалық жұмыс нәтижесінен
болады.
4. Төске кішкене бір кесек мыс қояды, оның астына алдын ала бір
парақ қағаз салып қояды (жылу изоляциясы). Балғамен мысты 8—10 рет ұрып,
оны алады да, микроманометрмен немесе боялған спирт толтырылған манометрмен
жалғасқан термоскопқа қояды. Манометрдегі спирт деңгейлерінің айырмасы сол
кезде 1,5—2 см-ге жетеді, мұны соңғы жақтағы партада отырғандар да
байқай алады. Горизонталь орналасқан түтікпен жасалған тәжірибеде нәтиже
бұдан да анығырақ көрінеді.
Тәжірибелер мен күнделікті өмірден алынған мысалдарды талдауға
сүйеніп, оқушылар дененің ішкі энергиясын айналадағы денелермен жылу берілу
(жылу алмасу) жолымен және механикалық жұмыс жасау (үйкеліс, соққы, сығу)
жолымен өзгертуге болады деген қорытындыға келеді.
Оқушылармен нәтижелері, дененің ішкі энергиясының кемуі болатын, қарама-
қарсы процестерді де қарастыру керек. Мысалы, қызған үтіктің айналадағы
ауамен жылу алмасу кезінде оның ішкі энергиясы кемиді, ол жөнінде уақыт
өтуімен үтіктің температурасының төмендеуіне қарап сөз етуге болады. Мұндай
құбылыс бастапқы температурасы айналадағы денелердің температурасынан
жоғары болып келетін денелердің бәрінде бо-лады.
Механикалық жұмыс жасау нәтижесінде дененің ішкі энергиясының кемуін
мынадай тәжірибемен көрсетуге болады.
Екі бунақты ауызы бар үлкен бөтелке немесе сүт бөтелкесін алып, оған бір
шай қасық су құяды. Бөтелкенің аузын шыны түтік өткізілген тығынмен
тығындайды. Түтікті, резеңке шланғының көмегімен ауа айдап кіргізуге
арналған, Комовский насосының патрубогымен қосады. Бөтелкеге ауаны айдап
енгізгенде, оның қысымы ақырында тығын атып шығатындай дәрежеге жетеді. Сол
кезде бетелкенің қабырғасында су тамшылары пайда болады, бұл ондағы ауа мен
будың температурасының төмендегендігінің кепілі болып табылады. Егер
бөтелкеге түтіндеп тұрған шырпыны енгізсе, тұман тамшыларының пайда болуы
күшейе түседі.
Осы тәжірибені демонстрациялап көрсеткен кезде сақтық шаралары көзделуі
тиіс: тығын бөтелкенің аузынан біршама оңай атып шығуы үшін, оны сулау
керек.
Сипатталған тәжірибелерде болып өтетін процестер молекула-кинетикалық
түсініктер негізінде мұқият талдауды талап етеді.
Үнемі тәртіпсіз қозғалыста бола отырып, ыдыс ішіндегі ауа мен су буының
молекулалары оның қабырғаларына атқылайды. Неғұрлым газ температурасы
жоғары болса, соғұрлым молекулалар шапшаң қозғалады. Егер ауасы бар
ыдыстын, бір қабырғасы жылжымалы болса (тәжірибелерде тығын), онда ол
молекулалардын, соққысынан қозғалады. Мұнда молекулалардың энергиясы
механикалық жұмысқа (үйкеліс күшті жеңуге, тығынды көтеруге) жұмсалады.
Нәтижесінде ауаның (және ондағы будың) ішкі энергиясы кемиді.
Тәжірибелерді талдағанда біз дененің температурасы неғұрлым жоғары
болса, соғұрлым оның ішкі энергиясы артық болады деген ұйғарымнан баста-
дық. Мұны VIII сынып оқушыларына, олар заттың агрегат айналуларын оқып
үйренгенше, түсіндірместен, мұғалім мұндай тұжырым әрқашан да тура бола
бермейтінін ескеруі тиіс. Аса суытылған сұйық, мысалы гипосульфит, қатаю
кезінде қатаю температурасына дейін ғана қызады. Бұл кезде гипосульфиттің
ішкі энергиясы артпайды. Су мен мұздың температурасы бірдей, ал ішкі
энергиясы әр түрлі бола алады.
Демек, оқушылар мынадай қорытындыға келеді: дененің ішкі энергиясы
берілген уақытта дененің айналадағы денелермен жылу алмасуында және
механикалық жұмыс жасағанда өзгере алады (артады немесе кемиді).
Алған білімдерін пысықтау үшін, оқушылар бірнеше сұрақтарға жауап
қайырады:
1. Арнайы жылулық қорғанышымен жабдықталмаған Жердің жасанды
спутниктері мен метеориттер өз қозғалысының ақырында жер
атмосферасының тығыз қабаттарына енгенде неліктен жанып кетеді?
2. Диірмен тастарынан шыққан ұн ыстық болады, пештен шыққан нан да
ыстық болады. Үн мен нанның температурасының жоғарылау себептерін
атаңдар. Осы денелердің ішкі энергиясы өзгерді ме және неліктен өзгерді?
3. Температурасы 0°С болатын дененің ішкі энергиясы бола
ма?
1.1.3. Жылудың берілу тәсілдері
Бұл мәселенің мазмұны негізінде оқушыларды термодинамиканың екінші заңы
туралы жылудың азырақ қызған денеден көбірек қызған денеге өздігінен
өтуінің мүмкін еместігінің тұжырымы ретінде түсінуге келтіреді. Жылудың
берілуі әрқашан белгілі бір бағытта жүретінін оқушылар ұғынып алулары тиіс:
температурасы неғұрлым жоғары денеден температурасы неғұрлым төмен
денелерге беріледі.
Жылудың берілу механизмін түсіндірген кезде оқушылардың молекула-
кинетикалық теориясы жөніндегі білетін мағлұматтарына сүйенеді.
Жылу өткізгіштік. Баяндауды проблемалық тәжірибе жасаудан бастайды. Ағаш
цилиндрге бірқатар кнопка бастырады да, оны бір қабат қағазбен орайды (4-
сурет). Цилиндрді жанарғының жалынына аз уақыт ұстап тұрса, қағаз бір
қалыпты қарайып күйіп кетпейді. Сұрақ қойылады: Қағаздың кнопкаларға тиіп
тұрған жерлері азырақ қарайып күйетіндігі неліктен? Оқушылардың жауаптарын
және олардың түсініктерін жинақтай келе, қатты дененің бір бөлігінен екінші
бөлігіне жылу берілу фактісін тағайындайды және оны түсіндіреді. Қыздырған
кезде денені құрайтын молекулалар қозғалысының жылдамдығы артады. Бұл
қозғалыс көршілес молекулаларға беріледі, нәтижеде бұл молекулалардың
жылдамдығы, демек, дененің осы бөлігінің температурасы артады. Сондай-ақ
оқулықта келтірілген тәжірибе де әсерлі.
Содан кейін жақсы жылу өткізгіштер — металдар және нашар жылу
өткізгіштер (изоляторлар)—ағаш, шыны жөнінде ұғым енгізіледі. Заттардың —
шыны мен темір, темір мен мыс жылу өткізгіштігінің әр түрлі екендігін
парафинмен немесе балауызбен стерженьге желімделген шегелерді қыздырған
кезде ажыратып алу жөнінен істелген тәжірибемен көрнекі түрде демон-
страциялап көрсетеді.
Техникада, тұрмыста және мектептік физикалық приборларда денелердің
жылуды түрліше өткізетіндік қасиеттерінің пайдаланылуы қарастырылады.
Мысалы, ауаның нашар жылу өткізгіштігін мектептік прибор — калориметр
құрылысында пайдаланады.
Калориметрдің құрылысы мен қызметін оны пайдаланып тәжірибе жасап
түсіндіру қажет.
Оқушыларға кейбір қатты, сұйық және газ тәріздес денелердің жылу
өткізгіштігінің
салыстырмалы мағлұматтарын айтып берген пайдалы. Мысалы, темір, еменге
қарағанда, жылуды 163 есе жақсырақ және суға қарағанда, 100 есе жақсырақ,
су — ауаға қарағанда, 27 есе жақсырақ өткізеді.
Конвекция. Баяндауды, 5-суретте көрсетілгендей, суы бар шыны түтікті
спирт шамының жалынына орналастырып тәжірибе жасаудан бастауға болады.
Мұнда бір термометрдің көрсетулері (суретте сол жақтағы) өзгеріссіз дәрлік
қалады, ал екіншісінікі (суретте оң жақтағы) тез жоғарылай береді. Мынадай
сұрақ қойылады: Бір жағдайда судың жылу беруі жақсы, ал екіншісінде
Әңгіме өткізген кезде қыздырғанда су ұлғаятын болғандықтан, оның нашар
болатыны келіктен? тығыздығы кемитіндігі (мысалы, 100°С-тағы 1м3 судың
массасы оның 0° С-тағы массасынан 42 кг кем болатынын айтуға болады) және
сондықтан Архимед күшінің әсерінен судың қызған ең жеңілірек қабаттары
жоғары көтерілетіндігі анықталады.
Құбылыстың мәнін, мысалы, май шаммен ішінде суы бар, түбіне конвекциялық
ағымдарды бояйтын марганедті қышқыл калийдің кішкене кристалы салынған,
колбаны қыздырып айқындаған жөн.
Газдардағы жылу өткізгіштік пен конвекцияны демонстрациялап көрсету
үшін, 5-суретте көрсетілгенге ұқсас, ауаны түтік ішінде қыздырып тәжірибе
жасауға болады.
Сонан соң қағаз зырылдауық пен түтіннің көмегімен қыздырғыштардың
үстіңгі жағында ауа ағындарының шығып пайда болуын көрсетеді. Мысалы 100°С-
тағы 1 м3 ауаның массасы 0°С-тағы 1, 4 есе кіші болатынын оқушыларға айтуға
болады, сондықтан сұйықтардағыдай, конвекция Архимед күшінің әсерінен
болады.
Табиғаттағы конвекция мысалдары ретінде күндіз және түнде самал желдің
пайда болуын, ал техникада —түтігі жолдарындағы тарту күшінің, сумен
жылытуда — конвекцияның, іштен жану двигательдерінің сумен суытылуын алуға
болады.
Күрделі емес тәжірибелер, сондай-ақ жылу өткізгіштік пен конвекцияны
бақылауды оқушылардың өздеріне үйде орындату керек. Мәселені баяндауды
бірқатар сапалық есептер берумен аяқтаған жөн.
Сәуле шығару және сәуле жұту. Әңгіме өткізу кезінде жылудың қатты
қызған, жарық шығаратын денелерден сәуле шығару арқылы берілуі мүмкін
екендігі айқындалады. Жердегі жарық пен жылудың басты көздері бізден
жырақта (150 млн. км) тұратын Күн екенін оқушылар біледі. Алайда
оқушылардың көпшілігі, кез келген қызған денелер шығаратын, көзге
керінбейтін жылулық сәулелер болатынын білмейді. Кұбылыстың мәнісін
тәжірибенін, көмегімен айқындайды. Бір қабырғасы ақпен, ал екіншісі қара
бояумен боялған термоскоп немесе жылу қабылдағышы бар микроманометр алады
да, оны өте қызған гирдің жанына қояды. Колбаны гирдің арт жағына қойылған
айнамен жиналған жылу сәулелері конусының ішіне орналастырып жасаған
тәжірибе одан да айқынырақ болады (6-сурет). Түтік ішінде сұйық бағанының
орын ауыстыруы қыздырған кезде ауаның ұлғаюын көрсетеді. Гирдің жылу
сәулелерін шығаратынын колба тұрған жерге демонстрациялық термометрдің
баллонын орналастырып та байқауға болады. Сұрақ туады: Колбадағы ауа
қалайша қызды? Қызған гирден термоскопқа жылу өткізгіштік арқылы да,
конвекция арқылы да жылу берілмейді. Оқушыларға бұл жағдайда жылу қызған
денеден көзге көрінбейтін жылу сәулелері арқылы берілгендігі айтылады.
Суыған термоскоптың ақ бояумен боялған жағын гирге қаратып қойып,
тәжірибені қайталайды да, ақ беттің, қара бетке қарағанда, сәулелерді.
нашар жұтатындығын байқайды. Бұл тәжірибе үшін арнайы
приборды—термоқабылдағышты қолдануға болады, мұның бір қабырғасы қара, ал
екіншісі жарқырап тұрады. Жылу қабылдағыш сұйықтық манометрге немесе
сезгіштігін арттыру үшін ішінде бір тамшы сұйығы бар, горизонталь
орнатылған шыны түтікке жалғастырылады.
Содан кейін оқушылардың ұғынуына қиын болатын, температуралары бірдей
болғанда қара денелердің, ақ денелерге қарағанда, жылуды көбірек
сіңіретіндігі, сондай-ақ жылуды көбірек шығаратындығы жөніндегі ұғымды
айқындап ашуға көшеді. Ол үшін бір қабырғасы қара, екіншісі ақ бояумен
боялған, ыдыспен (а) тәжірибе жасалады (7-сурет). Ыдысқа қайнап тұрған су
құйып, оның қатарына екі жылу қабылдағыш (б және в) орналастырады. Жылу
қабылдағыштар манометрдің екі ұшына немесе ең дұрысы, ішінде сұйық бағаны
(д) бар горизонталь (г) түтіктіктің ұштарына жалғастырылған. Біраз уақыт
өткеннен кейін сұйық бағаны, қара беттің сәулені көбірек шығаратынын
көрсете отырып, жылу қабылдағыштың қысымы үлкен болу нәтижесінде орын
ауыстыра (жылжи) бастайды (жылу өткізгіш ыдыстың қарайтылған қабырға жағына
орналастырылған).
Сондай-ақ біреуі ақ бояумен, екіншісі қара бояумен боялған екі ыдыспен
тәжірибе жасау да пайдалы. Ыдыстарға қайнаған су құйып, термометрлер
салынады, біраз уақыт өткенде термометрлерге қарап, қара ыдыстағы судың
тезірек суитынын көруге болады.
Бұл тақырыптың осы мәселесі бойынша типтік есептер мыналар:
1. Қатты қызған темір пештен, шоқтан немесе электр плитасынан ыстық
лептің шығып тұратынын кім де болса біледі. Бұл жағдайда адам ең алдымен
сәуле шығару жылуын сезінетінін дәлелдеңдер.
2. Бір оқушы жаздың куні ақ киім кигенде салқынырақ болатынын, өйткені
ол сәулені нашар шағылдыратынын және
азырақ қызатынын айтады. Екінші оқушы, керісінше, қара киім кигенде
салқынырақ болатынын, өйткені ол сәулені жақсырақ шығаратындығын айтты.
Бұлардың қайсысының айтқаны дұрыс?
Техникадағы, тұрмыстағы және табиғаттағы жылу берілуі.
Жылу берілудің әр түрлерін есепке алу және пайдалану жөніндегі мәселе
осы тақырыптың жоғарыда қарастырылған бөлімдерін өткен кезде біршама оқып
үйренілуі тиіс. Алайда практика жүзінде жылу өткізгіштікте, конвекцияда,
сәуле шығаруда кездесетін құбылыстар көбінесе жиі ұшырап отырады. Сондықтан
техникада пайдаланылатын әр түрлі жылу сақтағыш құрылыс материалдары
жөнінде әңгімелеп беру керек, сонда Е. Н. Горячкин ұсынған жылу
сақтағыштығы бірдей қабырғалардың салыстырмалы қалыңдырын көрсететін
диаграмманы қарастыру керек (8-сурет).
Осы сабақта оқушылардың назарын сондай-ақ адам денесінің сыртқы ортамен
жылу алмасуына және киімнің әр түрінің бұл мәселедегі атқаратын роліне
аударған пайдалы. Осы сабақ үшін қызықты мысалдар мен сұрақтарды Я- П.
Перельманның (21) кітаптарынан алуға болады (мысалы, Тон жылыта ма?,
Қайсысы жылы: үш жейде ме немесе үш қабат жейде ме?). Табиғаттағы
конвекция жөнінде (қызған Жерден көтерілген ауа ағынынан бриз желдерінің
пайда болуы), түтін жолдарының тартуының пайда болуы жөнінде, география
сабақтарында, өмір тәжірибелерінен алған мағлұматтарын өз беттерімен
келтіре отырып, айтып бере алады. Оқушыларға таныс, тұрмыстық приборлардың
ішінен термосты ерекше қарастырған жөн, мұның корпусындағы жылу
изоляциялағыш астарлардың қабырғаларының арасындағы вакуумды және колба
шынысының бетіне күміс жалатудың маңызын айқындап берген жөн. Сыныпта
қайнаған судың термостағы және басқа бір ашық ыдыстағы суын салыстыру
жөнінен тәжірибе жасаған пайдалы. Осындай экспериментті оқушылар үйде
де жасай алады. Сондай-ақ табиғаттағы, атап айтқанда, тәуліктің әр
кезіндегі, бұлтты және ашық күндердегі топырақтан, сәуле шығару мен сәуле
жұтылуы жөнінде, сондай-ақ бұл құбылыстың космосқа ұшуда пайдаланылуы және
есепке алынуы жөнінде әңгімелеп беру керек.
1.1.4. Жылу мөлшері. Жылу мөлшерінің бірліктері
Механикалық жұмыс жасау процесі мен жылу берілу процесінің ортақ белгісі
бар, ол — дененің ішкі энергиясын өзгертуі. Механикалық жұмыс жасау жолымен
ішкі энергияның өзгеру өлшеуішін жұмыс мөлшері немесе тек жұмыс деп қана,
ал жылу берілу процесінде ішкі энергияның өзгеру өлшеуішін — жылу мөлшері
деп атаған.
Жылу мөлшерінің бірліктерін анықтаудан бұрын, оқушылармен физикалық шама
— механикалық жұмыс пен оны есептеуді еске түсіріп алған жөн. Механикалық
жұмыс күш пен жолдың ұзындығына тура пропорционал.
Осылайша, ішкі энергияның өзгеруінің өлшеуіші ретіндегі жылу мөлшері де
бірнеше физикалық шамаларға тәуелді. Ішкі энергияның денені құрайтын
бөлшектердің жылулық қозғалысының жылдамдығымен анықталатыны, олай болса,
ішкі энергияның өзгеруінің өлшеуіші ретіндегі жылу мөлшері дененің
температурасына байланысты екендігі еске түсіріледі. Егер дененің
температурасы жоғарыласа, онда дене қандай да бір мөлшерде жылу алғаны,
егер төмендесе — онда жылу бергені.
Сонымен, жылу мөлшері дененің температурасының өзгеруіне тәуелді деуге
болады. Жылу мөлшері сондай-ақ физикалық екінші бір шамаға, дененің
массасына байланысты. Шынында да, белгілі бір уақыт ішінде спирт шамына
пробиркадағы суды кайната аламыз, ал толтыра су құйылған шайнекті оған
қайната алмаймыз. Мұның себебі белгілі бір уақыт аралығындағы жылу мөлшері
пробиркадағы суды ысыту және қайнату үшін жеткілікті болады да, шайнектегі
судың массасы үшін жеткіліксіз болады. Пробирка мен шайнектегі суды қайнату
үшін қажетті жылу мөлшері әр түрлі; тәжірибе көрсеткендей, неғұрлым
дененің, бұл жағдайда судың, массасы көп болса, денені бірдей
температуралар айырмасына қыздыру үшін қажетті жылу мөлшері соғұрлым көп
болады.
Денені суытқанда да осылай болады. Осыдан жылу мөлшері дененің массасына
пропорционал деген қорытынды жасауға болады.
Екі жағдайды да жинақтап қорыта келе, жылу мөлшері дененің массасына
және жылу алмасудың бастапқы және (ақырғы кездеріндегі температуралар
айырмасына тура пропорционал. Денеге қыздыру кезінде берілгені жылу
мөлшерінің дененің жасалған затының тегіне тәуелділігін массалары тең,
бірақ заттары әр түрлі екі денені қыздырып жасалатын тәжірибеден бақылайды.
Ішкі энергияның өлшеу бірліктері — джоуль, килоджоуль. Алайда мұның тарихи
жағдайы былай қалыптасты: жылу мөлшерінің бірліктері заттың молекулалық
құрылысы белгілі болғаннан және молекулалардың қозғалыс энергиясы жөніндегі
мәселе айқындалғаннан бұрын енгізілді. Сондықтан кезінде жылу мөлшерін
өлшеу үшін арнайы бірліктер енгізілген, қазірше әлі есеп-қисаптарда
қолданылатындары — калория және килокалория.
Содан кейін калорияның анықтамасы беріледі. Калория— 1 г суды ГС-қа
қыздыру үшіи қажетті жылу мөлшері, яғни калория — температура 1°С-қа
көтерілгендегі 1 г судың ішкі энергиясының, өсімшесінің өлшеуіші, 1
кал=4,19 Дж. Бұдан әрі қарай ішкі энергияны есептеулерді джоульмен
орындаған жөн.
Пробирка мен шайнектің қоршаған ортаға жылу берулерінің арасындағы
айырмашылық ескерілмейді.
1.1.5. Заттың меншікті жылу сыйымдылығы. Жылу мөлшерін есептеу
Бұдан бұрынғы материалды оқып үйрену жылу берілуі кезінде дененің
жылулық күйінің өзгеруі заттың тегіне де байланысты екендігін оқушылардың
түсінуіне дайындады. Бұл тәуелділікті, заттың жылу сыйымдылығы деп
аталатын, ерекше шамамен сипаттайды.
Меншікті жылу сыйымдылығы жөніндегі ұғымға көшу үшін бірнеше тәжірибе
жасалады.
1.Әр түрлі заттардан жасалған массалары бірдей (цилиндрлердің
массаларының теңдігін таразыға тартып көрсету керек) және диаметрлері
бірдей цилиндрлерді қайнап тұрған суға салып қыздырып, парафин пластинкаға
қояды (20-9-сурет). Парафинді балқыта отырып, цилиндрлер әр түрлі
тереңдіктерге батады. Тәжірибеден мынадай қорытынды жасалады: әр түрлі
заттардан жасалған, бірақ массалары бірдей денелердің, бірдей градусқа
суытқан кезде беретін жылу мөлшері мен қыздыру үшін қажет болатын
жылу мөлшері түрліше болады.
9-сурет
2.Калориметрдің ішкі екі стақанының әрқайсысына бөлме
температурасындағы 0,1 кг су құйып, оны термометрлерге орналастырады.
Үшінші ыдысқа бір кесек темір салып, массасы темірдін массасына тең су
құяды да, 100°С-қа дейін қыздырады. Содан соң темірді ыдыстан шығарып алып,
калориметрдің біреуіне салады, ал ыстық суды екінші калориметрге құяды.
Калориметрлердегі судың температурасының көтерілуі жөнінде тер-мометрлердің
көрсетулеріне қарап біледі.
3.Сұйықтардың жылу сыйымдылықтарын салыстыру үшін-мынадай тәжірибе
жасауға болады. Бір стақанға 0,1 кг су, ал екіншісіне—0,1 кг керосин құйып,
олардың ішіне ыстық суда қыздырылған, массалары бірдей денелер салады.
Термометрлер керосиннің температурасы, судың температурасына қарағанда,
көбірек артатындығын көрсетеді.
Осы тәжірибелерді судың алған жылуының мөлшерімен және массасы 1 г (кг)
дененің 1°С-қа суығанда берген жылу мөлшерін есептеу үшін пайдалануға
болады. Осыдан кейін дененің температурасын 1°С-қа өзгерту үшін қажетті
жылу мөлшері ретінде жылу өткізгіштіктің, 1 г (кг) заттың температурасын ГС-
қа өзгерту үшін, қажетті жылу мөлшері ретінде меншікті жылу сыйымдылығының
анықтамасын береді.
Жылу мөлшері терминінің физикалық мағынасын қайтадан атап көрсетеді
немесе басқаша анықтама береді: меншікті жылу сыйымдылығы 1°С-қа қыздырған
кезде немесе суытқан кезде 1 г (кг) заттың ішкі энергиясы қандай шамаға
өзгеретінін көрсетеді.
Бұдан кейін оқушылармен меншікті жылу сыйымдылықтарының таблицасын
қарастырып, мысалы,
деген жазу нені білдіретінін айқындайды.
Техникадағы және табиғаттағы әр түрлі жылу сыйымдылығының мәнін бірқатар
мысалдармен түсіндіреді.
1.Судың басқа заттармен салыстырғандағы үлкен меншікті жылу сыйымдылығы
сумен жылытуда және двигательдерді суыту жүйесінде суды қолдануды
ыңғайлы етеді. (Судың жылу сыйымдылығы үлкен болу салдарынан оның
температурасы аздап өзгергенде де бөлінетін немесе жұтылатын жылу мөлшері
көп болады.)
2.Аралдардың климаты, үлкен материктер климатына қарағанда,
айналасындағы су массаларының жылу сыйымдылығы үлкен болу салдарынан, бір
қалыпты және қоңыржай болады.
Дененің қыздырған кезде алған немесе суығанда берген жылу мөлшерін
есептеуді меншікті жылу сыйымдылығын анықтаудан бастап, ең алдымен
арифметикалық жолмен есептейді.
Ақтығында, оқушылар меншікті жылу сыйымдылығының мағынасын және жылу
мөлшерінің меншікті жылу сыйымдылығына, дененің массасына және
температуралардың айырмасына тәуелділігін әбден ұғынып алғаннан кейін
Q=сm(t - t0) формуласы енгізіледі. Осы формула бойынша көбінесе тура
есептер шығарылады, яғни Q-дың мәні анықталады. Берілген тәуелділік бойынша
с, т және әсіресе t немесе t0 мәндерін табуға арналған есептер VIII сынып
оқушылары үшін қиын тиеді. Сондықтан бір-қатар мысалдар алып, берілген
теңдеуден қандай да бір белгісізді қалай табуға болатындығын түсіндірген
жөн.
Алған білімдерін бекіту үшін, әсіресе калориметрлік өлшеулер мен
есептеулерді орындай білу біліктері мен дағдыларын алу үшін, Суды
араластырғандағы жылу мөлшерлерін салыстыру деген лабораториялық жұмыс
өткізіледі. Бұл жұмыста оқушылар, бақылаулардан көргеніміздей, көбінесе
мынадай қателер жібереді: температураны өлшеп отырғанда термометрді су
құйылған ыдыстан шығарып алады; калориметр-дің құтысынан ішкі ыдысын
шығарып алып, тек сонымен ғана жұмыс жасайды; таразыға тартқанда ішкі
ыдысты сыртқысымен қоса өлшейді. Сондықтан жұмысты орындаудың алдында
оқушылардың барлық өлшеулерді дұрыс орындауына көмектесетін әңгіме өткізу
қажет.
Осы жұмыс оқушыларды жылу процестерінде энергияның сақталу заңын
түсінуге көмектесетін бірінші қадам болып табылады, сондықтан кейін осы
заңды оқып үйренгенде тағы да бір рет жұмыс нәтижелерін, өткізу әдістерін
талдап, қыздырылған дененің алған энергия мөлшері суыған дененің бөліп
шығаратын энергиясының мөлшерінен біршама аз болатыны неліктен екенін
тағайындаған жөн.
1.1.6. Отынның энергиясы
Бұл тақырыпта энергия ұғымы кеңейтіле түседі. Ең алдымен химиядан кейбір
мағлұматтарды оқушылардың естеріне түсіреді. Ол мағлұматтар жану кезінде
элементтер оттегімен қосылып, жаңа заттар, жаңа молекулалар түзілетіндігіне
келтіреді. Мысалы, метан жанған кезде көмір қышқыл газ бен су түзіледі:
Бір молекулалардың ыдырап, басқаларының пайда болуымен байланысты, жану
кезінде қандай да бір жылу мөлшері бөлініп шығады. Бұл жағдайда ішкі
энергияның өзгеруі жылу алмасу арқылы да емес, дененің жұмыс жасауымен
немесе денемен жұмыс жасалу жолымен де емес, отында болатын термохимиялық
құбылыстар нәтижесінде болды. Бұл кезде жану продуктылары молекулаларының
қозғалысынын энергиясы, демек, олардың температурасы да, отынның
молекулаларының, қозғалыс энергиясынан артық болады.
Отын жанған кезде температураның көтерілуі және жану продуктылары
молекулаларынын, кинетикалық энергиясының артуы, сонан кейін айналадағы
денелерге қандай да бір жылу мөлшерінің берілуі дененің ішкі энергиясының
өзгерулерімен түсіндіріледі.
Енгізілген ұғымдарды нақтылау және бекіту үшін де мынадай тәжірибелер
жасауға болады.
Кабырғасында, түбіне жақын жерінде, тесігі бар шыны цилиндрге еркін
жылжып тұратындай картон поршень енгізеді. Пульверизатормен цилиндрге
тесігі арқылы жұмыстық қоспа — ауа мен бензин бүркіледі. Пульверизаторды
алысырақ алып қойып, цилиндр тесігінің тұсына жанып тұрған шырпыны тақайды
да, поршеньнің жоғары қарай едәуір ыршытып шығарылғанын байқайды. Жану
кезінде молекулалардың молекула-кинети-калық энергиясы артқандығы
оқушыларға түсіндіріледі. Тұтас алғанда отынның ішкі энергиясы азаяды,
өйткені поршеньді көтеру жөнінен жұмыс жасалады.
Отыннын, барлық түрлерінің ішкі энергиясы бар және белгілі бір
жағдайларда жұмыс жасай алады немесе басқа денелерді жылу алмасу жолымен
қыздыра алады. Отынның жану жылуы атты таблицаны, окушылар оның физикалық
мағынасын ұғынатындай етіп, қарастырады.
Отын жанған кезде бөлініп шығатын жылу мөлшерін есептеуге берілген
есептерді көбінесе арифметикалық жолмен шығарады, бірақ Q=qm (мұндағы
q–жану жылуы, ал т– отынның массасы) формуласын енгізуі де мүмкін.
1.1.7. Механикалық және жылу процестерінде энергияның сақталу және
айналу заңы
Энергияның, сақталу және айналу заңын баяндауды проблемалық тәжірибені
жасаудан, мысалы, Максвелл маятнигінен бастаған жөн.
Тәжірибе оқушыларға дененің потенциялық және кинетикалық энергиясы
жөніндегі мағлұматтарды естеріне түсірулеріне көмектеседі. Қандай да бір
аралық нүктеде маятниктің потенциялық энергиясы да, кинетикалық энергиясы
да болатынын, ал толық механикалық энергия мынаған тең болатынын атап
өтеді:
Е=К+П
Маятниктің толық энергиясы уақыт күтуімен кемитіндігі фактісіне назар
аударылады. Қозғалысқа келтірілген маятник біраз уақыттан кейін
тоқтайтындығы неліктен? деген сұрақ қойылады.
Әдеттегідей, оқушылар өздері жауап береді: дененің энергиясы ауаның
кедергісін, үйкелісті жеңуге, жіпті қыздыруға жұмсалады.
Қорытынды жасайды: маятниктің механикалык энергиясы жойылған жоқ,
молекулалар қозғалысының кинетикалық энергиясына, яғни системаның (ауа,
жіп, маятник) ішкі энергиясына айналды. Мұнда ауада да, жіпте де және
маятникте де жіптің ширатылуына дейін және маятниктің кейінгі түсуіне дейін
де ішкі энергиясы болғандығын атап көрсеткен өте маңызды болады. Түсіп келе
жатқан маятниктің әсерінен жіптердің ширатылған күйден жазылуы кезінде
системаның ішкі энергиясы маятниктің механикалық энергиясы есебінен тек
қана көбейе түсті. Тағы да бірнеше тәжірибе жасаған жөн (үстелдің үстінде
жатқан парақ қағазға тиынды ысқылаған кездегі тиынның қызуы, ию кезінде
сымның қызуы т. с. с).
Осы мысалдар мен тәжірибелерді талқылағаннан кейін, энергияның сақталу
және айналу заңы тұжырымдалады. Оқушыларға энергияның сақталу және айналу
заңы жөнінде қысқаша тарихи мәлімет беріледі. Бұл заңның XIX ғасырдың
ортасында ашылғандығы, бұл кезде ол үшін қажетті көптеген эксперименттік
материал жиналып, оны жинақтап қорытындылауға мүмкіндік туғандығы айтылады.
Осы заңның ашылуында Р. Майердің, Г. Гельмгольцтың және Д. Джоульдің ролі
жөнінде, М. В. Ломоносовтың сіңірген үлкен еңбегі жөнінде айтылады. М. В.
Ломоносов өз уақытында ғалымдардан бір ғасыр алға кетіп, 1748 жылдың 5
июлінде Эйлерге жазған хатында былай деген: Табиғатта болып жататын барлық
өзгерістердің мәні мынада: бір денеден қанша нәрсе алынса, сонша нәрсе
басқа денеге келіп қосылады. Мысалы, материя бір жерде кемісе, екінші жерде
көбейеді, кім қанша сағатын ояу кезіне бөлсе, сонша сағатын ұйқыдан
кемітеді. Бұл жалпыға ортақ жаратылыс заңы қозғалыс ережесінің өзіне де
қолданылады: өйткені өз күшімен өзге денені қозғайтын дене одан қозғалыс
алған басқа денеге қанша берсе, өзінен сонша жоғалтады.
Бұдан кейін энергияның сақталу және айналу заңын техникалық есеп-
қисаптарда пайдалану қарастырылады. Осы заңға сүйеніп, электр
станцияларының, тепловоздардың жұмыс істеуі үшін қажетті отынның мөлшерін
есептейді, бұл заң машиналардың жұмыс істеуі үшін қажетті электр
энергиясының мөлшерін есептеуге мүмкіндік беретіндігін оқушылар білуі тиіс.
Энергияның сақталу және айналу заңын иллюстрациялап көрсетудің
маңыздыларының бірі, табиғатта болып тұратын, энергетикалық айналуларды
қарастыру болып табылады. Қазір Жерде пайдаланылатын энергия көздердің бірі
— Күн. Жердің Күннен алған энергиясының бір бөлігі жердің қыртысын және
атмосферасын қыздыруға тікелей жұмсалатындығы оқушыларға айтылады. Басқа
бір бөлігін өсімдіктер химиялық энергияға ай-налдырады, сөйтіп, ол энергия
өсімдіктердің ішкі энергиясының бір бөлігі болып алады. Күннің атқаратын
міндетімен жердегі отынның: тас көмірдің, шым тезектің т. б. қоры да
байланысты. Су айналысы, ауа массаларынын, қозғалысы да Күннің іс-
әрекетінің нәтижесі болып келеді.
Күн — Жердегі энергияның басты көзі атты оқу кинофильмін
демонстрациялап көрсеткен пайдалы.
Күн — Жердегі энергияның басты көзі деген тақырыптың сыныпта өтілуі
міндетті емес. Бұл тақырыпқа арналған оқулықтағы материал қосымша оқу үшін
берілген. Егер мұғалім бұл материалды сабақта қарастыруды жөн көрсе, оны
оқу конференциясы түрінде, мынадай баяндамалар жасатып, өткізгені дұрыс
болады:
1. Күн — Жердегі жылу мен жарық көзі.
2. Күннің шығаратын энергиясын адамның пайдалануы.
3. Гелиоэлектр станциялары.
Сыныптан тыс жұмыстарда оқушыларды энергияның сақталу және айналу
занының ашылу тарихымен, мәңгі қозғалтқыш жасау жөніндегі талпыныстармен
егжей-тегжейлі таныстыруға мүмкіндік туады..
1.2. ЗАТТЫҢ АГРЕГАТ КҮЙІНІҢ ӨЗГЕРУІ
1.2.1. Заттың агрегат күйлері. Кристалл денелердің балқуы мен қатаюы
Заттың агрегат күйлері жөніндегі сабақ — бұл тақырыптың кіріспе сабағы.
Оның басты міндеті — молекула-кинетикалық теория тұрғысынан алғандағы
қатты, сұйық және газ тәрізді денелердің құрылысының ерекшеліктері туралы
оқушыларға белгілі мағлұматтарды қайталау және тереңдете түсу. Көрнекі
құралдар ретінде кристалдық решетканың моделі пайдаланылады. Сондай-ақ
Кристалдардың құрылысы мен қасиеттері атты кинофильмнен жеке фрагменттер
көрсеткен және үлестірілетін материалмен — ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
КІРІСПЕ
1-ТАРАУ. ЖЫЛУ ҚҰБЫЛЫСТАРЫН ОҚЫТУДЫҢ ТЕОРИЯЛЫҚ ЖӘНЕ ӘДІСТЕМЕЛІК НЕГІЗДЕРІ
1.1 Жылу берілу және жұмыс
1.1.1 Молекулалардың хаостық қозғалысы. Денелердің температурасы
1.1.2 Денелердің ішкі энергиясы және оны өзгерту тәсілдері
1.1.3 Жылудың берілу тәсілдері
1.1.4 Жылу мөлшері. Жылу мөлшерінің бірліктері
1.1.5 Заттың меншікті жылу сыйымдылығы. Жылу мөлшерін есептеу
1.1.6 Отынның энергиясы
1.1.7 Механикалық және жылу процестерінде энергияның сақталу және айналу
заңы
1.2 Заттың агрегат күйінің өзгеруі
1.2.1 Заттың агрегат күйлері. Кристалл денелердің балқуы мен қатаюы
1.2.2 Меншікті балқу және қатаю жылуы
1.2.3 Денелердің балқуының техникада қолданылуы
1.2.4 Кебу (булану). Конденсация
1.2.5 Қайнау
1.3 Жылу қозғалтқыштары
1.3.1 Газдың ұлғаюындағы жұмысы. Іштен жану қозғалтқышы
1.3.2 Бу турбинасы
1.3.3 Қозғалтқыштың пайдалы әсер коэффициенті
1.3.4 Тепловоз депосына экскурсия жасау
2-ТАРАУ. ФИЗИКА САБАҚТАРЫНДА ЖЫЛУЛЫҚ ҚҰБЫЛЫСТАРДЫ ОҚЫТУ ӘДІСТЕМЕСІ
2.1 Мектеп физикасының оқу жоспарындағы Жылу құбылыстары бөлімінің алатын
орны
2.2 Жылу құбылыстарын оқытуда компьютерлік технологияны пайдалану
2.3 Жылу құбылыстары бойынша мультимедиялық оқулықтарды пайдалану
әдістемесі
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
КІРІСПЕ
Көкейкестілігі. Қазақстан Республикасындағы
білімді ақпараттандыру жүйесін ары қарай дамыту процесін, оқып үйренудің
ақпараттық ресурсы болып табылатын, оқытуга арналған программалық
құралдарды дайындамай жүзеге асыру мүмкін емес. Олардың атқаратын
қызметтерінің де ауқымы кең, мысалы, бақылайтын және тест жүргізетін
программалар, компьютерлік ойындар ақпараттық жүйелер, оқыту орталары,
электрондық оқулықтар және мультимедиялық программалар. Осы оқытуға
арналған программалық құралдардың әртүрлі нұсқаларын әзірлеу әрбір
оқытушының негізгі жұмысы болып табылады.
Бүгінгі күні ақпараттық технология кең көлемде оқыту мен педагогикалық
ұйымдастыру қызметінде барлық республикалық жоғарғы оқу орындарында
қолданылады. Электрондық оқулық көмекші құралдар, компьютерлік тапсырмалар,
лабораториялық жұмыстар, педагогикалық программалық шаралар бұларды
оқытушылар өздері құрады және пайдаланады.
Қазіргі кезде білім беруді ақпараттандыру процесінің жүргізілуіне
-байланысты осы процесті жүзеге асырудағы өзекті мәселелердің бірі-
электрондық оқулыктар дайында болып отыр. Ал оларды оқыту процесіне қолдану-
сапалы білім берудің бірден-бір құралы болып табылады. Себебі тек
оқытушының айтқандарын немесе оқулықты пайдалану қазіргі заман талабын
қанағаттандырмайды.
Электрондық оқу материалдарын әрбір оқытушының, тіпті болашақ мұғалім-
бүгінгі студенттің дайындай білгені жөн.
Сондықтан біз осы мәселелерді ескер— отырып, курстық
жұмысымыздың тақырыбын Орта мектеп физика курсында
электрондық оқулықтарды пайдалану әдістемесі деп алуды жөн көрдік.
Зерттеудің мақсаты: Физика сабақтарында Жылу құбылыстары тақырыбына
әдістеме жасау.
Зерттеудің міндеті: Баяндалатын тақырып немесе құбылыс, иә заңның
негізгі физикалық түйінін қамтитын, дәстүрлі оқулықтардың баяндау стилінен
өзгеше, мультимедиялық оқулықтарға тән қысқа мәтін даярлау;
-Баяндалатын такырыптың ішкі мазмұнын айқын ашып көрсететін интерактивті
суреттер мен медиобьектілер даярлау;
-Тақырыптың материалдарын қаншалықты сәтті игергенін оқушының өзіне
тексеруге мүмкіндік беретін тесттік бағдарламалар даярлау;
-Физика ғылымының қалыптасу жолынан, физик-ғалымдардың өмірінен
мағұлматтар беретін тарихи материалдар, анықтамалық заңдар және қазақша-
орысша физикалық сөздік, формулалар, кестелер, есептер мен зертханалық
жұмыстардың нәтижелерін даярлау.
Зерттеудің базасы: МКТУ
Зерттеудің пәні: бейімді мектептерде физика курсын оқытуда Жылу
құбылыстары мазмұнын қалыптастыру
Зерттеудің нысаны: физика курсын бейімді мектептерде оқыту үрдісі
Физика қазіргі таңдағы табиғат танудың озат ғылымдарының бірі болып
табылады. Физиканың ғылым мен техниканың дамуына ықпалы зор. Қазіргі таңда
виртуальды білім беру мәселесі кеңінен талап етілуде. Оқушылар белгілі
технологияларға сай, олардың өз бетімен білім ала білетіндей етіп жағдай
туғызуға тырысу қажет. Оқытудың осындай әдістемесі оқытушының өту тиімді
тәсілдерді қолдана отырып, қажырлы еңбек етуін, сондай-ақ оқушылардың да
асқан жауапкершілікті сезінуін талап етеді. Оқу процесінде компьютерді
тиімді пайдалану және қолдану кейінгі жолдары айтарлықтай оң тәжерибе беріп
отыр. Атап айтсақ оқушылардың өз бетімен ізденісі, олардың пәнге деген
қызығушылығын арттырып, шығармашылығын дамытуға, оқу қызметінің мәдениетін
қалыптастыруға, дербес жұмыстарын ұйымдастыруға ерекше қолайлы жағдай
туғызып отыр.
Курстық жұмыстың құрылымы: кіріспеден, екі тараудан, қорытындыдан және
пайдаланған әдебиеттер тізімінен тұрады.
Кіріспеде – зерттеу тақырыбының өзектілігі, мақсаты, міндеті, пәні,
нысаны, базасы тұжырымдалады.
Жылу құбылыстарын оқытудың теориялық және әдістемелік негіздері деп
аталатын бірінші тарауда: жылу берілу және жұмыс, заттың агрегат күйінің
өзгеруі, жылу қозғалтқыштары тақырыптары теориялық тұжырымдалады.
Физика сабақтарында Жылулық құбылыстарды оқыту әдістемесі деп аталатын
екінші тарауда: мектеп физикасының оқу жоспарындағы Жылу құбылыстары
бөлімінің алатын орны, жылу құбылыстарын оқытуда компьютерлік
технологияны пайдалану, жылу құбылыстары бойынша мультимедиялық
оқулықтарды пайдалану әдістемесі тақырыптары қамтылған.
Одан әрі дипломдық жұмыс қорытындыдан, пайдаланылған әдебиеттер
тізімінен тұрады.
1-ТАРАУ ЖЫЛУ ҚҰБЫЛЫСТАРЫН ОҚЫТУДЫҢ ТЕОРИЯЛЫҚ ЖӘНЕ ӘДІСТЕМЕЛІК НЕГІЗДЕРІ
1.1. ЖЫЛУ БЕРІЛУ ЖӘНЕ ЖҰМЫС
1.1.1. Молекулалардың хаостық (жылулық) қозғалысы. Денелердің
температурасы
Тақырыпты оқып үйренуге кіріскенде, оқушылармен молекула-кинетикалық
теориялардың негізгі ережелерін қайталап және айқындап алу қажет, өйткені
бүкіл бөлімді оқығанда соларға сүйенуге тура келеді. Қайталау кезінде газ
тәрізді, сұйық және қатты денелерді құрайтын бөлшектердің қозғалыс
ерекшелігіне тоқталу қажет. Оқушылар микробөлшектердің (молекулалардың)
үздіксіз қозғалыста болатынын естеріне түсіреді. Мысалы, газ молекулалары
түзу сызық бойымен қозғалады да, басқа молекулалармен соғыла отырып, өзінің
қозғалыс бағыты мен жылдамдығын өзгертеді және келесі соғылуға дейін өзінің
қозғалысын қайтадан әрі қарай жалғастырады. Молекулалардың қозғалысы —
тәртіпсіз қозғалыс. Мұндай қозғалыс жылу қозғалысы деген атау алды.
Сондай-ақ оқушылардың естеріне бөлшектердің қозғалыс жылдамдығы дененің
температурасымен байланысты екенін салады: бөлшектер неғұрлым шапшаң
қозғалса, дене соғұрлым көбірек қызған болады.
Жылу қозғалысы жөніндегі ұғымға сүйеніп, температура ұғымын анықтай
түсуге көшеді.
Температураның ғылыми анықтамасы жылулық тепе-теңдік ұғымын енгізуді,
температуралардың эмпирикалық шкаласын тағайындауға, термометрлік денені
және температуралық белгіні таңдап алуды талап етеді. VIII сыныпта оқушылар
температура ұғымын дененің қыздырылу дәрежесі ретінде қабылдаса, сұйықтық
термометрлердің жұмыс істеу принципі мен олармен температураны өлшеп
үйренсе болғаны.
Өмір тәжірибесі мен табиғат тану курсынан оқушыларға әр түрлі денелер
түрліше дәрежеде қыздырыла алатындығы белгілі. Мысалы, ыдыстағы су суық,
жылы немесе ыстық бола алуы мүмкін. Жылу мен суықты сезіп-білу белгілі
дәрежеде субьективті болып табылады. Жылулықты сезіп-білудің
субъективтігіне оқушылар мынадай тәжірибе арқылы көз жеткізе алады.
Демонстрациялық үстелге ішінде суы бар үш ыдыс орналастырылады: центріне
ішінде бөлме температурасындағы суы бар ыдыс, сол жаққа — ішінде ысытылған
суы бар ыдыс, оң жаққа — су құбырынан құйылған суы бар ыдыс (оның
температурасы бөлме температурасынан төмен). Бір оқушыны шақырып алып, сол
қолын ысытылған суы бар ыдысқа матырып, ал оң қолын суық су құйылған ыдысқа
матыруды ұсынады. Біраз уақыттан кейін оқушыға екі қолын да температурасы
бөлме температурасындай ыдыстағы суға матыруды ұсынады. Оқушыдан: Енді не
сездің?—деп сұрайды. Екі қолы да бір температурадағы суға матырылып тұрса
да, оқушы оң қолы жылулықты, ал сол қолы — суықты сезгенін айтады. Дененің
жылулық күйі, оның температурасы жөнінде дәл пікір айтуға мүмкіндік беретін
арнайы приборларды пайдалану қажеттігі жөнінде қорытынды жасалады. Проблема
туады: дененің қаншалықты қызғандығын айқын көрсететіндей қасиетін немесе
сондай белгісін табу керек. Қыздырғанда денелердің ұлғаюы осындай белгі
бола алады. Неғұрлым дене көбірек қызған болса, соғұрлым оның көлемі үлкен
болады, соғұрлым молекулалар мен атомдардың тәртіпсіз қозғалысы қауырттырақ
интенсивтірек) болады.
Жылулық ұлғаюға негізделген термометрдің жұмыс принципін 1-суретте
кескінделген прибормен жасалатый тәжірибемен түсіндірген ыңғайлы. Колбаны
ыстық суы бар ыдыстың ішіне қойып жылытып, қолбадағы су неғұрлым көбірек
ысытылса, соғұрлым судың түтік ішіндегі деңгейі жоғарырақ болады. Егер
қолбадағы сұйықтың температурасы айналадағы ортаның температурасындай
болса, онда
бағанның биіктігіне қарап, сол ортаның (ауаның, судың) температурасы
жөнінде сөз етуге болады. Сонымен, тәжірибеде пайдаланылған приборға ұқсас
прибор термометр бола алады.
Бірақ температураны ондай прибормен оны градуирлегеннен кейін ғана
өлшеуге болады. Термометрді алдымен су мен мұздың қоспасына батырып, сонан
соң қайнап тұрған су буына батырып, оны қалайша градуирлеуге болатынын
сабақта оқушыларға демонстрациялап көрсету керек. Егер кабинетте Главуч-
техпромның демонстрациялық термометрі бар болса, алдын ала шкаланы ақ қағаз
жолағымен жауып қойып, сол термометрді пайдаланып, демонстрациялап
көрсеткен жақсы.
Термометрдің өзінің, температурасы өлшенетін, айналадағы ортамен (ауамен
немесе басқа ортамен) жылулық тепе-теңдікке жетуінің маңыздылығын атап
көрсету қажет.
Сабақта лабораториялық және медициналық термометрлерді қарастырған жөн.
Оқушыларды температураны өлшеудің мынадай ережелерімен таныстыру қажет:
әр термометр белгілі бір шектердегі температураларды ғана өлшеу үшін
арналған, егер өлшенетін температура берілген термометр үшін тағайындалған
шекті мәндерден жоғары немесе төмен болып шығатын болса, термометрді
пайдалануға болмайды; термометр бойынша есептеуді ол ортаның температурасын
қабылдап алатын біршама уақыт өткеннен кейін бастау керек; температураны
өлшегенде термометр (медициналык термометрден басқасы) температурасы
өлшенетін ортадан шығарылмауы тиіс, бақылаушының көзі, термометр
толтырылған, сұйықтың бағанының жоғарғы ұшының деңгейінде болуы тиіс.
Табиғат пен техникада кездесетін температуралардың кейбір мәндерін
айтқан пайдалы. Әр түрлі сүт қоректілердің қалыпты температуралары 35-тен
40,5° С-қа дейін болады; дені сау адамнын температурасы 36—37° С; құс-
тардың температурасы 39,5—44° С. Жер бетінде ауаның ең жоғарғы темпе-
ратурасы (58° С), Триполиде тіркелген, ал ең төменгі температурасы—88°,3 С
Антарктидада.
Газ толтырылған лампының вольфрам қылы токпен 2525° С-қа дейін
қыздырылады, ал Күн бетінің температурасы 6000° С-қа жуық.
Демонстрациялық тәжірибелерде сұйықтық термометрмен бірге электр
термометрді де қолдануға болады, өйткені Главуч-техпром шығаратын
демонстрациялық термометрдің елеулі кемшілігі бар: оның жылу сыйымдылығы
едәуір үлкен және жылулық инерциясы бар (өлшеу уақыты 1–1,5 мин, сұйықтың
көлемі 200 см3-ден кем емес).
Өнеркәсіп мектепке арнап электр термометр шығарады, оның датчигі,
демонстрациялық гальванометрі бар өлшеу көпіріне қосылатын, термистор
болып табылады.
VIII сынып оқушылары электр термометрде
пайдаланылатын физикалық құбылыстармен таныс болмағандықтан, мұғалім оларға
приборды градуирлеу принципін түсіндірсе болғаны және мысалы, судың
температурасын электр және сұйықтық термометрлермен өлшей отырып, осындай
прибормен денелердің температураларын өлшеу мүмкін екендігіне оқушылардың
көздерін жеткізсе болғаны.
Термометр шкалалары бойынша бастап санауға оқушыларды төселдіру үшін, әр
түрлі шкалалар жиынтығы бар, демонстрациялық модельмен (2-сурет) сыныппен
түгелдей жаттығулар өткізген пайдалы.
1.1.2. Денелердің ішкі энергиясы және оны өзгерту тәсілдері
Физиканың қазіргі кездегі курстарында, мысалы, Б. М. Яворский т. б.
оқулығында ішкі энергия ұғымының мазмуны былайша ашылып көрсетіледі:
Қозғалыс сипатына және денені құрап турған бөлшектердің өзара әсеріне
байланысты ішкі энергияны мынадай құрамды бөліктерге ажыратуға болады:
а) молекулалардың хаостық (ілгерілемелі және айналмалы) қозғалысының
кинетикалық энергиясына;
б) молекулааралық өзара әсер күштері себепті болатын потенциялық
энергиясына;
в) атомдар мен молекулалардың тербелмелі қозғалысының кинетикалық және
потенциялық знергиясына;
г) атомдар мен иондардың электрондық қабықшаларының энергиясына,
сондай-ақ ядро ішіндегі энергияға.
VIII сыныпта оқушылар молекулалардың хаостық қозғалысының энергиясы
(молекула-кинетикалық) және молекулалардың өзара әсер энергиясы (молекула-
потенциялық) дененің ішкі энергиясының бір бөлігі болып табылатындығын
игеріп алса болғаны. Ғылыми тұрғыдан алғанда да булай болуы заңды, өйткені
мектепте оқып үйренілетін жылу құбылыстары орташа температуралық диапозонда
өтеді, мұнда денелердің ішкі энергиясының өзгеруі негізінен молекулалардың
кинетикалық және потенциялық энергииларының өзгеруіне байланысты.
Таныстыру көлемінде, сондай-ақ VIII сыныпқа арналған оқулықтағыдай ішкі
энергияға сондай-ақ атомдық энергия да жатады, ол жөнінде оқушылар электрді
оқып үйрену кезінде ұғым алады.
Ішкі энергия ұғымы мен оның өзгеру тәсілдерін қалыптастыруға кіріскенде,
оқушылардың механикалық энергия мен дененің ішкі құрылысы жөнінде не
білетіндерін естеріне түсіруді ұсыну керек.
Мұнда оқушылардың мынадай мәселелерді ұғынуларын анықтаудың маңызы бар:
Кандай жағдайда денелердің энергиясы бар делінеді? Механикалық
энергияның кандай түрлері бар?, Қандай денелердің кинетикалық энергиясы
бар және ол неге байланысты?, Денелердің потенциялық энергиясы неге
байланысты? Бұл сұрақтар оқушыларға ішкі энергияны оқып үйренуде оны
механикалық энергиямен шатастырмауға көмектеседі.
Ішкі энергия ұғымын түрліше әдістермен қалыптастыруға болады. Бірінші
әдісте, серпімсіз денелер — қорғасын шар мен қорғасын пластинка
соқтығысқанда, энергияның сақталу заңының бұзылатыны сияқты көрінетіндік
идеясы негіз етіп алынады, екінші әдісте — жұмыс энергияның өзгеру, айналу
процесінде жасалады және жұмыс энергияның осы өзгеруінің немесе айналуының
өлшеуіші болып келеді, деген ой негіз етіп алынған. Бас-
қаша айтқанда, егер дене жұмыс жасап тұрса немесе жұмыс жасайтын болса,
онда оның энергиясы болғаны.
Бірінші әдіс онша назар аударарлық емес, өйткені онда ақтығында өзара
әсер етуші денелердің (қорғасын шар мен пластинканың) ішкі энергиясы құлап
түсіп келе жатқан қорғасын шардың потенциялық энергиясы кему есебінен
артады. Бұл денелердің соқтығысқанға дейін ішкі энергиясы болды ма деген
мәселеге келсек, ол ашық қалады. Сондықтан алғашқы тәжірибелер денелердің
ішкі энергияларының оларды қыздыруға және олармен жұмыс жасағанға дейін
болуын иллюстрациялап көрсетулері тиіс. Мұндай демонстрациялар қатарына ауа
насосының қалпағының астына орналастырылған картоптан жасалған пистолетпен
орындалатын тәжірибені жатқызуға болады. Қалпағының астындағы ауа
сиретілгенде картоп тығын пробиркадан атып шығады. Қорытынды жасалады:
жұмыс жасаған пробирка ішіндегі ауа, олай болса, оның энергиясы болғаны.
Механикалық энергиядан айырып, бұл энергияны дененің ішкі энергиясы деп
атайды. Бұл — денені құрап тұрған бөлшектердің қозғалыс және өзара әсерлесу
энергиясы. Денені құрайтын микробөлшектер (молекулалар, атомдар) бір-
бірімен өзара әсерлеседі (тартылады және тебіледі), олай болса, олардың
потенциялық энергиясы болады.
Сұйықтарда және қатты денелерде молекулалар мен атомдар тербелмелі
қозғалыс жасайды, сондықтан олардың кинетикалық және потенциялық энергиясы
болады.
Атомдар мен молекулалардың хаостық (жылулық) қозғалысының кинетикалық
энергиясы, олардың өзара әсерлерінің потенциялық энергиясымен бірге,
дененің ішкі энергиясының бір бөлігін құрайды және дененің берілген
мезеттегі күйін сипаттайды.
Бұдан кейін оқушыларға денелердің ішкі энергиясының механикалық
энергиядан айырмашылығын түсіндіру керек. Механикалық энергия дененің
қозғалыс жылдамдығы мен массасына тәуелді, сондай-ақ сол дененін басқа
денелерге қатысты орналасуына тәуелді. Ішкі энергия болса дененің бүтіндей
қозғалыс жылдамдығына тәуелді болмайды. Ол денені құрайтын бөлшек-тердің
қозғалыс жылдамдығы мен олардың өзара орналасуымен анықталады.
Бұдан кейін оқушыларды дененің ішкі энергиясының өзгеру тәсілдерімен
таныстырып, ол энергияның механикалық жұмыс жасалғанда (денеге немесе
дененін, өзі) және жылу берілуде өзгере алатынын көрсетеді. Бұған мынадай
қарапайым әрі сонымен бірге сенімді тәжірибелер көмектеседі, оларда көмекші
құбылыстар негізгі идеяны көмескілендірмейді. Бұл тәжірибелерде ішкі
энергияның бөлігі ретінде тек молекулалардың гана энергиясы қарастырылған.
Потенциялық энергия туралы заттың агрегат күйлерінің өзгеруін қарастырғанда
сөз еткен орынды.
1. Дилатометрдің қолбасына қолды тигізіп, түтіктегі боялған су
тамшысының орын ауыстыруын байқайды. Құбылыс қыздырған кезде ауанын
ұлғаюынан болады деп түсіндіріледі. Ауаның қызуы болса (оның
температурасының артуы) оның молекулаларының тәртіпсіз (жылулық)
қозғалысы жылдамдығының артқандығын, демек, дененің ішкі энергиясының бір
бөлігі болып табылатын олардың кинетикалық энергия-сының артқандығын
көрсетеді.
Бұл жағдайда ішкі энергия жылу берілу жолымен арттырылады. Егер колбаны,
температурасы бөлме температурасынан төмен болып келген, суы бар ыдысқа
қойса, түтіктегі су тамшысы төмен қарай орын ауыстырып, колбадағы ауаның
температурасының төмендегенін көрсетеді, демек, молекулалардың тәртіпсіз
қозғалысы жылдамдығының кемігенін, олардың кинетикалық энергиясының
кемігенін көрсетеді.
2. Штативке қысылған және манометрлік түтікпен немесе
микроманометрмен қосылған баллонды (3-сурет) шұғамен ысқылап,
манометр түтіктеріндегі сұйыктың деңгейінің өзгергенін байқайды. Құбылыс
баллондағы ауаның ұлғаюымен түсіндіріледі, ұлғаю болса, ауа молекулаларының
кинетикалық энергиясының артуы себебінен болады. Бұл тәжірибеде
дененің (ауаның) ішкі энергиясының артуы механикалық жұмыс жасалу
салдарынан болады.
3. Ауа шақпағы алынады. Ауа тез сығылғанда соншалықты күшті қызып,
тіпті цилиндрдегі поршень астындағы эфир булары тұтанып кетеді. Эфир
буларының өздігінен тұтану температурасы 180°С. Эфир буларының ішкі
энергиясының ұлғаюы сығылу бойынша істелетін механикалық жұмыс нәтижесінен
болады.
4. Төске кішкене бір кесек мыс қояды, оның астына алдын ала бір
парақ қағаз салып қояды (жылу изоляциясы). Балғамен мысты 8—10 рет ұрып,
оны алады да, микроманометрмен немесе боялған спирт толтырылған манометрмен
жалғасқан термоскопқа қояды. Манометрдегі спирт деңгейлерінің айырмасы сол
кезде 1,5—2 см-ге жетеді, мұны соңғы жақтағы партада отырғандар да
байқай алады. Горизонталь орналасқан түтікпен жасалған тәжірибеде нәтиже
бұдан да анығырақ көрінеді.
Тәжірибелер мен күнделікті өмірден алынған мысалдарды талдауға
сүйеніп, оқушылар дененің ішкі энергиясын айналадағы денелермен жылу берілу
(жылу алмасу) жолымен және механикалық жұмыс жасау (үйкеліс, соққы, сығу)
жолымен өзгертуге болады деген қорытындыға келеді.
Оқушылармен нәтижелері, дененің ішкі энергиясының кемуі болатын, қарама-
қарсы процестерді де қарастыру керек. Мысалы, қызған үтіктің айналадағы
ауамен жылу алмасу кезінде оның ішкі энергиясы кемиді, ол жөнінде уақыт
өтуімен үтіктің температурасының төмендеуіне қарап сөз етуге болады. Мұндай
құбылыс бастапқы температурасы айналадағы денелердің температурасынан
жоғары болып келетін денелердің бәрінде бо-лады.
Механикалық жұмыс жасау нәтижесінде дененің ішкі энергиясының кемуін
мынадай тәжірибемен көрсетуге болады.
Екі бунақты ауызы бар үлкен бөтелке немесе сүт бөтелкесін алып, оған бір
шай қасық су құяды. Бөтелкенің аузын шыны түтік өткізілген тығынмен
тығындайды. Түтікті, резеңке шланғының көмегімен ауа айдап кіргізуге
арналған, Комовский насосының патрубогымен қосады. Бөтелкеге ауаны айдап
енгізгенде, оның қысымы ақырында тығын атып шығатындай дәрежеге жетеді. Сол
кезде бетелкенің қабырғасында су тамшылары пайда болады, бұл ондағы ауа мен
будың температурасының төмендегендігінің кепілі болып табылады. Егер
бөтелкеге түтіндеп тұрған шырпыны енгізсе, тұман тамшыларының пайда болуы
күшейе түседі.
Осы тәжірибені демонстрациялап көрсеткен кезде сақтық шаралары көзделуі
тиіс: тығын бөтелкенің аузынан біршама оңай атып шығуы үшін, оны сулау
керек.
Сипатталған тәжірибелерде болып өтетін процестер молекула-кинетикалық
түсініктер негізінде мұқият талдауды талап етеді.
Үнемі тәртіпсіз қозғалыста бола отырып, ыдыс ішіндегі ауа мен су буының
молекулалары оның қабырғаларына атқылайды. Неғұрлым газ температурасы
жоғары болса, соғұрлым молекулалар шапшаң қозғалады. Егер ауасы бар
ыдыстын, бір қабырғасы жылжымалы болса (тәжірибелерде тығын), онда ол
молекулалардын, соққысынан қозғалады. Мұнда молекулалардың энергиясы
механикалық жұмысқа (үйкеліс күшті жеңуге, тығынды көтеруге) жұмсалады.
Нәтижесінде ауаның (және ондағы будың) ішкі энергиясы кемиді.
Тәжірибелерді талдағанда біз дененің температурасы неғұрлым жоғары
болса, соғұрлым оның ішкі энергиясы артық болады деген ұйғарымнан баста-
дық. Мұны VIII сынып оқушыларына, олар заттың агрегат айналуларын оқып
үйренгенше, түсіндірместен, мұғалім мұндай тұжырым әрқашан да тура бола
бермейтінін ескеруі тиіс. Аса суытылған сұйық, мысалы гипосульфит, қатаю
кезінде қатаю температурасына дейін ғана қызады. Бұл кезде гипосульфиттің
ішкі энергиясы артпайды. Су мен мұздың температурасы бірдей, ал ішкі
энергиясы әр түрлі бола алады.
Демек, оқушылар мынадай қорытындыға келеді: дененің ішкі энергиясы
берілген уақытта дененің айналадағы денелермен жылу алмасуында және
механикалық жұмыс жасағанда өзгере алады (артады немесе кемиді).
Алған білімдерін пысықтау үшін, оқушылар бірнеше сұрақтарға жауап
қайырады:
1. Арнайы жылулық қорғанышымен жабдықталмаған Жердің жасанды
спутниктері мен метеориттер өз қозғалысының ақырында жер
атмосферасының тығыз қабаттарына енгенде неліктен жанып кетеді?
2. Диірмен тастарынан шыққан ұн ыстық болады, пештен шыққан нан да
ыстық болады. Үн мен нанның температурасының жоғарылау себептерін
атаңдар. Осы денелердің ішкі энергиясы өзгерді ме және неліктен өзгерді?
3. Температурасы 0°С болатын дененің ішкі энергиясы бола
ма?
1.1.3. Жылудың берілу тәсілдері
Бұл мәселенің мазмұны негізінде оқушыларды термодинамиканың екінші заңы
туралы жылудың азырақ қызған денеден көбірек қызған денеге өздігінен
өтуінің мүмкін еместігінің тұжырымы ретінде түсінуге келтіреді. Жылудың
берілуі әрқашан белгілі бір бағытта жүретінін оқушылар ұғынып алулары тиіс:
температурасы неғұрлым жоғары денеден температурасы неғұрлым төмен
денелерге беріледі.
Жылудың берілу механизмін түсіндірген кезде оқушылардың молекула-
кинетикалық теориясы жөніндегі білетін мағлұматтарына сүйенеді.
Жылу өткізгіштік. Баяндауды проблемалық тәжірибе жасаудан бастайды. Ағаш
цилиндрге бірқатар кнопка бастырады да, оны бір қабат қағазбен орайды (4-
сурет). Цилиндрді жанарғының жалынына аз уақыт ұстап тұрса, қағаз бір
қалыпты қарайып күйіп кетпейді. Сұрақ қойылады: Қағаздың кнопкаларға тиіп
тұрған жерлері азырақ қарайып күйетіндігі неліктен? Оқушылардың жауаптарын
және олардың түсініктерін жинақтай келе, қатты дененің бір бөлігінен екінші
бөлігіне жылу берілу фактісін тағайындайды және оны түсіндіреді. Қыздырған
кезде денені құрайтын молекулалар қозғалысының жылдамдығы артады. Бұл
қозғалыс көршілес молекулаларға беріледі, нәтижеде бұл молекулалардың
жылдамдығы, демек, дененің осы бөлігінің температурасы артады. Сондай-ақ
оқулықта келтірілген тәжірибе де әсерлі.
Содан кейін жақсы жылу өткізгіштер — металдар және нашар жылу
өткізгіштер (изоляторлар)—ағаш, шыны жөнінде ұғым енгізіледі. Заттардың —
шыны мен темір, темір мен мыс жылу өткізгіштігінің әр түрлі екендігін
парафинмен немесе балауызбен стерженьге желімделген шегелерді қыздырған
кезде ажыратып алу жөнінен істелген тәжірибемен көрнекі түрде демон-
страциялап көрсетеді.
Техникада, тұрмыста және мектептік физикалық приборларда денелердің
жылуды түрліше өткізетіндік қасиеттерінің пайдаланылуы қарастырылады.
Мысалы, ауаның нашар жылу өткізгіштігін мектептік прибор — калориметр
құрылысында пайдаланады.
Калориметрдің құрылысы мен қызметін оны пайдаланып тәжірибе жасап
түсіндіру қажет.
Оқушыларға кейбір қатты, сұйық және газ тәріздес денелердің жылу
өткізгіштігінің
салыстырмалы мағлұматтарын айтып берген пайдалы. Мысалы, темір, еменге
қарағанда, жылуды 163 есе жақсырақ және суға қарағанда, 100 есе жақсырақ,
су — ауаға қарағанда, 27 есе жақсырақ өткізеді.
Конвекция. Баяндауды, 5-суретте көрсетілгендей, суы бар шыны түтікті
спирт шамының жалынына орналастырып тәжірибе жасаудан бастауға болады.
Мұнда бір термометрдің көрсетулері (суретте сол жақтағы) өзгеріссіз дәрлік
қалады, ал екіншісінікі (суретте оң жақтағы) тез жоғарылай береді. Мынадай
сұрақ қойылады: Бір жағдайда судың жылу беруі жақсы, ал екіншісінде
Әңгіме өткізген кезде қыздырғанда су ұлғаятын болғандықтан, оның нашар
болатыны келіктен? тығыздығы кемитіндігі (мысалы, 100°С-тағы 1м3 судың
массасы оның 0° С-тағы массасынан 42 кг кем болатынын айтуға болады) және
сондықтан Архимед күшінің әсерінен судың қызған ең жеңілірек қабаттары
жоғары көтерілетіндігі анықталады.
Құбылыстың мәнін, мысалы, май шаммен ішінде суы бар, түбіне конвекциялық
ағымдарды бояйтын марганедті қышқыл калийдің кішкене кристалы салынған,
колбаны қыздырып айқындаған жөн.
Газдардағы жылу өткізгіштік пен конвекцияны демонстрациялап көрсету
үшін, 5-суретте көрсетілгенге ұқсас, ауаны түтік ішінде қыздырып тәжірибе
жасауға болады.
Сонан соң қағаз зырылдауық пен түтіннің көмегімен қыздырғыштардың
үстіңгі жағында ауа ағындарының шығып пайда болуын көрсетеді. Мысалы 100°С-
тағы 1 м3 ауаның массасы 0°С-тағы 1, 4 есе кіші болатынын оқушыларға айтуға
болады, сондықтан сұйықтардағыдай, конвекция Архимед күшінің әсерінен
болады.
Табиғаттағы конвекция мысалдары ретінде күндіз және түнде самал желдің
пайда болуын, ал техникада —түтігі жолдарындағы тарту күшінің, сумен
жылытуда — конвекцияның, іштен жану двигательдерінің сумен суытылуын алуға
болады.
Күрделі емес тәжірибелер, сондай-ақ жылу өткізгіштік пен конвекцияны
бақылауды оқушылардың өздеріне үйде орындату керек. Мәселені баяндауды
бірқатар сапалық есептер берумен аяқтаған жөн.
Сәуле шығару және сәуле жұту. Әңгіме өткізу кезінде жылудың қатты
қызған, жарық шығаратын денелерден сәуле шығару арқылы берілуі мүмкін
екендігі айқындалады. Жердегі жарық пен жылудың басты көздері бізден
жырақта (150 млн. км) тұратын Күн екенін оқушылар біледі. Алайда
оқушылардың көпшілігі, кез келген қызған денелер шығаратын, көзге
керінбейтін жылулық сәулелер болатынын білмейді. Кұбылыстың мәнісін
тәжірибенін, көмегімен айқындайды. Бір қабырғасы ақпен, ал екіншісі қара
бояумен боялған термоскоп немесе жылу қабылдағышы бар микроманометр алады
да, оны өте қызған гирдің жанына қояды. Колбаны гирдің арт жағына қойылған
айнамен жиналған жылу сәулелері конусының ішіне орналастырып жасаған
тәжірибе одан да айқынырақ болады (6-сурет). Түтік ішінде сұйық бағанының
орын ауыстыруы қыздырған кезде ауаның ұлғаюын көрсетеді. Гирдің жылу
сәулелерін шығаратынын колба тұрған жерге демонстрациялық термометрдің
баллонын орналастырып та байқауға болады. Сұрақ туады: Колбадағы ауа
қалайша қызды? Қызған гирден термоскопқа жылу өткізгіштік арқылы да,
конвекция арқылы да жылу берілмейді. Оқушыларға бұл жағдайда жылу қызған
денеден көзге көрінбейтін жылу сәулелері арқылы берілгендігі айтылады.
Суыған термоскоптың ақ бояумен боялған жағын гирге қаратып қойып,
тәжірибені қайталайды да, ақ беттің, қара бетке қарағанда, сәулелерді.
нашар жұтатындығын байқайды. Бұл тәжірибе үшін арнайы
приборды—термоқабылдағышты қолдануға болады, мұның бір қабырғасы қара, ал
екіншісі жарқырап тұрады. Жылу қабылдағыш сұйықтық манометрге немесе
сезгіштігін арттыру үшін ішінде бір тамшы сұйығы бар, горизонталь
орнатылған шыны түтікке жалғастырылады.
Содан кейін оқушылардың ұғынуына қиын болатын, температуралары бірдей
болғанда қара денелердің, ақ денелерге қарағанда, жылуды көбірек
сіңіретіндігі, сондай-ақ жылуды көбірек шығаратындығы жөніндегі ұғымды
айқындап ашуға көшеді. Ол үшін бір қабырғасы қара, екіншісі ақ бояумен
боялған, ыдыспен (а) тәжірибе жасалады (7-сурет). Ыдысқа қайнап тұрған су
құйып, оның қатарына екі жылу қабылдағыш (б және в) орналастырады. Жылу
қабылдағыштар манометрдің екі ұшына немесе ең дұрысы, ішінде сұйық бағаны
(д) бар горизонталь (г) түтіктіктің ұштарына жалғастырылған. Біраз уақыт
өткеннен кейін сұйық бағаны, қара беттің сәулені көбірек шығаратынын
көрсете отырып, жылу қабылдағыштың қысымы үлкен болу нәтижесінде орын
ауыстыра (жылжи) бастайды (жылу өткізгіш ыдыстың қарайтылған қабырға жағына
орналастырылған).
Сондай-ақ біреуі ақ бояумен, екіншісі қара бояумен боялған екі ыдыспен
тәжірибе жасау да пайдалы. Ыдыстарға қайнаған су құйып, термометрлер
салынады, біраз уақыт өткенде термометрлерге қарап, қара ыдыстағы судың
тезірек суитынын көруге болады.
Бұл тақырыптың осы мәселесі бойынша типтік есептер мыналар:
1. Қатты қызған темір пештен, шоқтан немесе электр плитасынан ыстық
лептің шығып тұратынын кім де болса біледі. Бұл жағдайда адам ең алдымен
сәуле шығару жылуын сезінетінін дәлелдеңдер.
2. Бір оқушы жаздың куні ақ киім кигенде салқынырақ болатынын, өйткені
ол сәулені нашар шағылдыратынын және
азырақ қызатынын айтады. Екінші оқушы, керісінше, қара киім кигенде
салқынырақ болатынын, өйткені ол сәулені жақсырақ шығаратындығын айтты.
Бұлардың қайсысының айтқаны дұрыс?
Техникадағы, тұрмыстағы және табиғаттағы жылу берілуі.
Жылу берілудің әр түрлерін есепке алу және пайдалану жөніндегі мәселе
осы тақырыптың жоғарыда қарастырылған бөлімдерін өткен кезде біршама оқып
үйренілуі тиіс. Алайда практика жүзінде жылу өткізгіштікте, конвекцияда,
сәуле шығаруда кездесетін құбылыстар көбінесе жиі ұшырап отырады. Сондықтан
техникада пайдаланылатын әр түрлі жылу сақтағыш құрылыс материалдары
жөнінде әңгімелеп беру керек, сонда Е. Н. Горячкин ұсынған жылу
сақтағыштығы бірдей қабырғалардың салыстырмалы қалыңдырын көрсететін
диаграмманы қарастыру керек (8-сурет).
Осы сабақта оқушылардың назарын сондай-ақ адам денесінің сыртқы ортамен
жылу алмасуына және киімнің әр түрінің бұл мәселедегі атқаратын роліне
аударған пайдалы. Осы сабақ үшін қызықты мысалдар мен сұрақтарды Я- П.
Перельманның (21) кітаптарынан алуға болады (мысалы, Тон жылыта ма?,
Қайсысы жылы: үш жейде ме немесе үш қабат жейде ме?). Табиғаттағы
конвекция жөнінде (қызған Жерден көтерілген ауа ағынынан бриз желдерінің
пайда болуы), түтін жолдарының тартуының пайда болуы жөнінде, география
сабақтарында, өмір тәжірибелерінен алған мағлұматтарын өз беттерімен
келтіре отырып, айтып бере алады. Оқушыларға таныс, тұрмыстық приборлардың
ішінен термосты ерекше қарастырған жөн, мұның корпусындағы жылу
изоляциялағыш астарлардың қабырғаларының арасындағы вакуумды және колба
шынысының бетіне күміс жалатудың маңызын айқындап берген жөн. Сыныпта
қайнаған судың термостағы және басқа бір ашық ыдыстағы суын салыстыру
жөнінен тәжірибе жасаған пайдалы. Осындай экспериментті оқушылар үйде
де жасай алады. Сондай-ақ табиғаттағы, атап айтқанда, тәуліктің әр
кезіндегі, бұлтты және ашық күндердегі топырақтан, сәуле шығару мен сәуле
жұтылуы жөнінде, сондай-ақ бұл құбылыстың космосқа ұшуда пайдаланылуы және
есепке алынуы жөнінде әңгімелеп беру керек.
1.1.4. Жылу мөлшері. Жылу мөлшерінің бірліктері
Механикалық жұмыс жасау процесі мен жылу берілу процесінің ортақ белгісі
бар, ол — дененің ішкі энергиясын өзгертуі. Механикалық жұмыс жасау жолымен
ішкі энергияның өзгеру өлшеуішін жұмыс мөлшері немесе тек жұмыс деп қана,
ал жылу берілу процесінде ішкі энергияның өзгеру өлшеуішін — жылу мөлшері
деп атаған.
Жылу мөлшерінің бірліктерін анықтаудан бұрын, оқушылармен физикалық шама
— механикалық жұмыс пен оны есептеуді еске түсіріп алған жөн. Механикалық
жұмыс күш пен жолдың ұзындығына тура пропорционал.
Осылайша, ішкі энергияның өзгеруінің өлшеуіші ретіндегі жылу мөлшері де
бірнеше физикалық шамаларға тәуелді. Ішкі энергияның денені құрайтын
бөлшектердің жылулық қозғалысының жылдамдығымен анықталатыны, олай болса,
ішкі энергияның өзгеруінің өлшеуіші ретіндегі жылу мөлшері дененің
температурасына байланысты екендігі еске түсіріледі. Егер дененің
температурасы жоғарыласа, онда дене қандай да бір мөлшерде жылу алғаны,
егер төмендесе — онда жылу бергені.
Сонымен, жылу мөлшері дененің температурасының өзгеруіне тәуелді деуге
болады. Жылу мөлшері сондай-ақ физикалық екінші бір шамаға, дененің
массасына байланысты. Шынында да, белгілі бір уақыт ішінде спирт шамына
пробиркадағы суды кайната аламыз, ал толтыра су құйылған шайнекті оған
қайната алмаймыз. Мұның себебі белгілі бір уақыт аралығындағы жылу мөлшері
пробиркадағы суды ысыту және қайнату үшін жеткілікті болады да, шайнектегі
судың массасы үшін жеткіліксіз болады. Пробирка мен шайнектегі суды қайнату
үшін қажетті жылу мөлшері әр түрлі; тәжірибе көрсеткендей, неғұрлым
дененің, бұл жағдайда судың, массасы көп болса, денені бірдей
температуралар айырмасына қыздыру үшін қажетті жылу мөлшері соғұрлым көп
болады.
Денені суытқанда да осылай болады. Осыдан жылу мөлшері дененің массасына
пропорционал деген қорытынды жасауға болады.
Екі жағдайды да жинақтап қорыта келе, жылу мөлшері дененің массасына
және жылу алмасудың бастапқы және (ақырғы кездеріндегі температуралар
айырмасына тура пропорционал. Денеге қыздыру кезінде берілгені жылу
мөлшерінің дененің жасалған затының тегіне тәуелділігін массалары тең,
бірақ заттары әр түрлі екі денені қыздырып жасалатын тәжірибеден бақылайды.
Ішкі энергияның өлшеу бірліктері — джоуль, килоджоуль. Алайда мұның тарихи
жағдайы былай қалыптасты: жылу мөлшерінің бірліктері заттың молекулалық
құрылысы белгілі болғаннан және молекулалардың қозғалыс энергиясы жөніндегі
мәселе айқындалғаннан бұрын енгізілді. Сондықтан кезінде жылу мөлшерін
өлшеу үшін арнайы бірліктер енгізілген, қазірше әлі есеп-қисаптарда
қолданылатындары — калория және килокалория.
Содан кейін калорияның анықтамасы беріледі. Калория— 1 г суды ГС-қа
қыздыру үшіи қажетті жылу мөлшері, яғни калория — температура 1°С-қа
көтерілгендегі 1 г судың ішкі энергиясының, өсімшесінің өлшеуіші, 1
кал=4,19 Дж. Бұдан әрі қарай ішкі энергияны есептеулерді джоульмен
орындаған жөн.
Пробирка мен шайнектің қоршаған ортаға жылу берулерінің арасындағы
айырмашылық ескерілмейді.
1.1.5. Заттың меншікті жылу сыйымдылығы. Жылу мөлшерін есептеу
Бұдан бұрынғы материалды оқып үйрену жылу берілуі кезінде дененің
жылулық күйінің өзгеруі заттың тегіне де байланысты екендігін оқушылардың
түсінуіне дайындады. Бұл тәуелділікті, заттың жылу сыйымдылығы деп
аталатын, ерекше шамамен сипаттайды.
Меншікті жылу сыйымдылығы жөніндегі ұғымға көшу үшін бірнеше тәжірибе
жасалады.
1.Әр түрлі заттардан жасалған массалары бірдей (цилиндрлердің
массаларының теңдігін таразыға тартып көрсету керек) және диаметрлері
бірдей цилиндрлерді қайнап тұрған суға салып қыздырып, парафин пластинкаға
қояды (20-9-сурет). Парафинді балқыта отырып, цилиндрлер әр түрлі
тереңдіктерге батады. Тәжірибеден мынадай қорытынды жасалады: әр түрлі
заттардан жасалған, бірақ массалары бірдей денелердің, бірдей градусқа
суытқан кезде беретін жылу мөлшері мен қыздыру үшін қажет болатын
жылу мөлшері түрліше болады.
9-сурет
2.Калориметрдің ішкі екі стақанының әрқайсысына бөлме
температурасындағы 0,1 кг су құйып, оны термометрлерге орналастырады.
Үшінші ыдысқа бір кесек темір салып, массасы темірдін массасына тең су
құяды да, 100°С-қа дейін қыздырады. Содан соң темірді ыдыстан шығарып алып,
калориметрдің біреуіне салады, ал ыстық суды екінші калориметрге құяды.
Калориметрлердегі судың температурасының көтерілуі жөнінде тер-мометрлердің
көрсетулеріне қарап біледі.
3.Сұйықтардың жылу сыйымдылықтарын салыстыру үшін-мынадай тәжірибе
жасауға болады. Бір стақанға 0,1 кг су, ал екіншісіне—0,1 кг керосин құйып,
олардың ішіне ыстық суда қыздырылған, массалары бірдей денелер салады.
Термометрлер керосиннің температурасы, судың температурасына қарағанда,
көбірек артатындығын көрсетеді.
Осы тәжірибелерді судың алған жылуының мөлшерімен және массасы 1 г (кг)
дененің 1°С-қа суығанда берген жылу мөлшерін есептеу үшін пайдалануға
болады. Осыдан кейін дененің температурасын 1°С-қа өзгерту үшін қажетті
жылу мөлшері ретінде жылу өткізгіштіктің, 1 г (кг) заттың температурасын ГС-
қа өзгерту үшін, қажетті жылу мөлшері ретінде меншікті жылу сыйымдылығының
анықтамасын береді.
Жылу мөлшері терминінің физикалық мағынасын қайтадан атап көрсетеді
немесе басқаша анықтама береді: меншікті жылу сыйымдылығы 1°С-қа қыздырған
кезде немесе суытқан кезде 1 г (кг) заттың ішкі энергиясы қандай шамаға
өзгеретінін көрсетеді.
Бұдан кейін оқушылармен меншікті жылу сыйымдылықтарының таблицасын
қарастырып, мысалы,
деген жазу нені білдіретінін айқындайды.
Техникадағы және табиғаттағы әр түрлі жылу сыйымдылығының мәнін бірқатар
мысалдармен түсіндіреді.
1.Судың басқа заттармен салыстырғандағы үлкен меншікті жылу сыйымдылығы
сумен жылытуда және двигательдерді суыту жүйесінде суды қолдануды
ыңғайлы етеді. (Судың жылу сыйымдылығы үлкен болу салдарынан оның
температурасы аздап өзгергенде де бөлінетін немесе жұтылатын жылу мөлшері
көп болады.)
2.Аралдардың климаты, үлкен материктер климатына қарағанда,
айналасындағы су массаларының жылу сыйымдылығы үлкен болу салдарынан, бір
қалыпты және қоңыржай болады.
Дененің қыздырған кезде алған немесе суығанда берген жылу мөлшерін
есептеуді меншікті жылу сыйымдылығын анықтаудан бастап, ең алдымен
арифметикалық жолмен есептейді.
Ақтығында, оқушылар меншікті жылу сыйымдылығының мағынасын және жылу
мөлшерінің меншікті жылу сыйымдылығына, дененің массасына және
температуралардың айырмасына тәуелділігін әбден ұғынып алғаннан кейін
Q=сm(t - t0) формуласы енгізіледі. Осы формула бойынша көбінесе тура
есептер шығарылады, яғни Q-дың мәні анықталады. Берілген тәуелділік бойынша
с, т және әсіресе t немесе t0 мәндерін табуға арналған есептер VIII сынып
оқушылары үшін қиын тиеді. Сондықтан бір-қатар мысалдар алып, берілген
теңдеуден қандай да бір белгісізді қалай табуға болатындығын түсіндірген
жөн.
Алған білімдерін бекіту үшін, әсіресе калориметрлік өлшеулер мен
есептеулерді орындай білу біліктері мен дағдыларын алу үшін, Суды
араластырғандағы жылу мөлшерлерін салыстыру деген лабораториялық жұмыс
өткізіледі. Бұл жұмыста оқушылар, бақылаулардан көргеніміздей, көбінесе
мынадай қателер жібереді: температураны өлшеп отырғанда термометрді су
құйылған ыдыстан шығарып алады; калориметр-дің құтысынан ішкі ыдысын
шығарып алып, тек сонымен ғана жұмыс жасайды; таразыға тартқанда ішкі
ыдысты сыртқысымен қоса өлшейді. Сондықтан жұмысты орындаудың алдында
оқушылардың барлық өлшеулерді дұрыс орындауына көмектесетін әңгіме өткізу
қажет.
Осы жұмыс оқушыларды жылу процестерінде энергияның сақталу заңын
түсінуге көмектесетін бірінші қадам болып табылады, сондықтан кейін осы
заңды оқып үйренгенде тағы да бір рет жұмыс нәтижелерін, өткізу әдістерін
талдап, қыздырылған дененің алған энергия мөлшері суыған дененің бөліп
шығаратын энергиясының мөлшерінен біршама аз болатыны неліктен екенін
тағайындаған жөн.
1.1.6. Отынның энергиясы
Бұл тақырыпта энергия ұғымы кеңейтіле түседі. Ең алдымен химиядан кейбір
мағлұматтарды оқушылардың естеріне түсіреді. Ол мағлұматтар жану кезінде
элементтер оттегімен қосылып, жаңа заттар, жаңа молекулалар түзілетіндігіне
келтіреді. Мысалы, метан жанған кезде көмір қышқыл газ бен су түзіледі:
Бір молекулалардың ыдырап, басқаларының пайда болуымен байланысты, жану
кезінде қандай да бір жылу мөлшері бөлініп шығады. Бұл жағдайда ішкі
энергияның өзгеруі жылу алмасу арқылы да емес, дененің жұмыс жасауымен
немесе денемен жұмыс жасалу жолымен де емес, отында болатын термохимиялық
құбылыстар нәтижесінде болды. Бұл кезде жану продуктылары молекулаларының
қозғалысынын энергиясы, демек, олардың температурасы да, отынның
молекулаларының, қозғалыс энергиясынан артық болады.
Отын жанған кезде температураның көтерілуі және жану продуктылары
молекулаларынын, кинетикалық энергиясының артуы, сонан кейін айналадағы
денелерге қандай да бір жылу мөлшерінің берілуі дененің ішкі энергиясының
өзгерулерімен түсіндіріледі.
Енгізілген ұғымдарды нақтылау және бекіту үшін де мынадай тәжірибелер
жасауға болады.
Кабырғасында, түбіне жақын жерінде, тесігі бар шыны цилиндрге еркін
жылжып тұратындай картон поршень енгізеді. Пульверизатормен цилиндрге
тесігі арқылы жұмыстық қоспа — ауа мен бензин бүркіледі. Пульверизаторды
алысырақ алып қойып, цилиндр тесігінің тұсына жанып тұрған шырпыны тақайды
да, поршеньнің жоғары қарай едәуір ыршытып шығарылғанын байқайды. Жану
кезінде молекулалардың молекула-кинети-калық энергиясы артқандығы
оқушыларға түсіндіріледі. Тұтас алғанда отынның ішкі энергиясы азаяды,
өйткені поршеньді көтеру жөнінен жұмыс жасалады.
Отыннын, барлық түрлерінің ішкі энергиясы бар және белгілі бір
жағдайларда жұмыс жасай алады немесе басқа денелерді жылу алмасу жолымен
қыздыра алады. Отынның жану жылуы атты таблицаны, окушылар оның физикалық
мағынасын ұғынатындай етіп, қарастырады.
Отын жанған кезде бөлініп шығатын жылу мөлшерін есептеуге берілген
есептерді көбінесе арифметикалық жолмен шығарады, бірақ Q=qm (мұндағы
q–жану жылуы, ал т– отынның массасы) формуласын енгізуі де мүмкін.
1.1.7. Механикалық және жылу процестерінде энергияның сақталу және
айналу заңы
Энергияның, сақталу және айналу заңын баяндауды проблемалық тәжірибені
жасаудан, мысалы, Максвелл маятнигінен бастаған жөн.
Тәжірибе оқушыларға дененің потенциялық және кинетикалық энергиясы
жөніндегі мағлұматтарды естеріне түсірулеріне көмектеседі. Қандай да бір
аралық нүктеде маятниктің потенциялық энергиясы да, кинетикалық энергиясы
да болатынын, ал толық механикалық энергия мынаған тең болатынын атап
өтеді:
Е=К+П
Маятниктің толық энергиясы уақыт күтуімен кемитіндігі фактісіне назар
аударылады. Қозғалысқа келтірілген маятник біраз уақыттан кейін
тоқтайтындығы неліктен? деген сұрақ қойылады.
Әдеттегідей, оқушылар өздері жауап береді: дененің энергиясы ауаның
кедергісін, үйкелісті жеңуге, жіпті қыздыруға жұмсалады.
Қорытынды жасайды: маятниктің механикалык энергиясы жойылған жоқ,
молекулалар қозғалысының кинетикалық энергиясына, яғни системаның (ауа,
жіп, маятник) ішкі энергиясына айналды. Мұнда ауада да, жіпте де және
маятникте де жіптің ширатылуына дейін және маятниктің кейінгі түсуіне дейін
де ішкі энергиясы болғандығын атап көрсеткен өте маңызды болады. Түсіп келе
жатқан маятниктің әсерінен жіптердің ширатылған күйден жазылуы кезінде
системаның ішкі энергиясы маятниктің механикалық энергиясы есебінен тек
қана көбейе түсті. Тағы да бірнеше тәжірибе жасаған жөн (үстелдің үстінде
жатқан парақ қағазға тиынды ысқылаған кездегі тиынның қызуы, ию кезінде
сымның қызуы т. с. с).
Осы мысалдар мен тәжірибелерді талқылағаннан кейін, энергияның сақталу
және айналу заңы тұжырымдалады. Оқушыларға энергияның сақталу және айналу
заңы жөнінде қысқаша тарихи мәлімет беріледі. Бұл заңның XIX ғасырдың
ортасында ашылғандығы, бұл кезде ол үшін қажетті көптеген эксперименттік
материал жиналып, оны жинақтап қорытындылауға мүмкіндік туғандығы айтылады.
Осы заңның ашылуында Р. Майердің, Г. Гельмгольцтың және Д. Джоульдің ролі
жөнінде, М. В. Ломоносовтың сіңірген үлкен еңбегі жөнінде айтылады. М. В.
Ломоносов өз уақытында ғалымдардан бір ғасыр алға кетіп, 1748 жылдың 5
июлінде Эйлерге жазған хатында былай деген: Табиғатта болып жататын барлық
өзгерістердің мәні мынада: бір денеден қанша нәрсе алынса, сонша нәрсе
басқа денеге келіп қосылады. Мысалы, материя бір жерде кемісе, екінші жерде
көбейеді, кім қанша сағатын ояу кезіне бөлсе, сонша сағатын ұйқыдан
кемітеді. Бұл жалпыға ортақ жаратылыс заңы қозғалыс ережесінің өзіне де
қолданылады: өйткені өз күшімен өзге денені қозғайтын дене одан қозғалыс
алған басқа денеге қанша берсе, өзінен сонша жоғалтады.
Бұдан кейін энергияның сақталу және айналу заңын техникалық есеп-
қисаптарда пайдалану қарастырылады. Осы заңға сүйеніп, электр
станцияларының, тепловоздардың жұмыс істеуі үшін қажетті отынның мөлшерін
есептейді, бұл заң машиналардың жұмыс істеуі үшін қажетті электр
энергиясының мөлшерін есептеуге мүмкіндік беретіндігін оқушылар білуі тиіс.
Энергияның сақталу және айналу заңын иллюстрациялап көрсетудің
маңыздыларының бірі, табиғатта болып тұратын, энергетикалық айналуларды
қарастыру болып табылады. Қазір Жерде пайдаланылатын энергия көздердің бірі
— Күн. Жердің Күннен алған энергиясының бір бөлігі жердің қыртысын және
атмосферасын қыздыруға тікелей жұмсалатындығы оқушыларға айтылады. Басқа
бір бөлігін өсімдіктер химиялық энергияға ай-налдырады, сөйтіп, ол энергия
өсімдіктердің ішкі энергиясының бір бөлігі болып алады. Күннің атқаратын
міндетімен жердегі отынның: тас көмірдің, шым тезектің т. б. қоры да
байланысты. Су айналысы, ауа массаларынын, қозғалысы да Күннің іс-
әрекетінің нәтижесі болып келеді.
Күн — Жердегі энергияның басты көзі атты оқу кинофильмін
демонстрациялап көрсеткен пайдалы.
Күн — Жердегі энергияның басты көзі деген тақырыптың сыныпта өтілуі
міндетті емес. Бұл тақырыпқа арналған оқулықтағы материал қосымша оқу үшін
берілген. Егер мұғалім бұл материалды сабақта қарастыруды жөн көрсе, оны
оқу конференциясы түрінде, мынадай баяндамалар жасатып, өткізгені дұрыс
болады:
1. Күн — Жердегі жылу мен жарық көзі.
2. Күннің шығаратын энергиясын адамның пайдалануы.
3. Гелиоэлектр станциялары.
Сыныптан тыс жұмыстарда оқушыларды энергияның сақталу және айналу
занының ашылу тарихымен, мәңгі қозғалтқыш жасау жөніндегі талпыныстармен
егжей-тегжейлі таныстыруға мүмкіндік туады..
1.2. ЗАТТЫҢ АГРЕГАТ КҮЙІНІҢ ӨЗГЕРУІ
1.2.1. Заттың агрегат күйлері. Кристалл денелердің балқуы мен қатаюы
Заттың агрегат күйлері жөніндегі сабақ — бұл тақырыптың кіріспе сабағы.
Оның басты міндеті — молекула-кинетикалық теория тұрғысынан алғандағы
қатты, сұйық және газ тәрізді денелердің құрылысының ерекшеліктері туралы
оқушыларға белгілі мағлұматтарды қайталау және тереңдете түсу. Көрнекі
құралдар ретінде кристалдық решетканың моделі пайдаланылады. Сондай-ақ
Кристалдардың құрылысы мен қасиеттері атты кинофильмнен жеке фрагменттер
көрсеткен және үлестірілетін материалмен — ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz