Алгоритм решения задач по теме: «Уравнение теплового баланса»

Важнейшей проблемой в обучении физике является развитие самостоятельности учащихся при решении задач, т. к. умение решать задачи является одним из основных показателей не только глубины усвоения учебного материала по физике, но и уровня развития мышления учащихся.

Среди законов физики, есть такие, которые очень широко применяются в описании поведения тех или иных систем. Одним из таких законов и является закон сохранения энергии в тепловых процессах: то есть энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно. Она только переходит из одной формы в другую и если теплообмен и совершаемая работа происходит только между телами данной системы, то эта система называется изолированной. Для такой системы изменение внутренней энергии равно нулю и суммарная работа в системе тоже равна нулю, соответственно равно нулю и суммарное количество отданного и полученного телами тепла. Для любой изолированной системы при любых изменениях внутри нее внутренняя энергия остается неизменной.

Процессы теплообмена в замкнутой системе тел могут приводить к охлаждению одних тел, нагреванию других, изменению фазового состояния тел системы. Однако при любых процессах в таких системах полное количество тепла остается неизменным. Поэтому выполняется закон сохранения энергии, называемой в этом случае тепловым балансом: количество тепла, отданное всеми остывшими телами, равно количеству тепла, полученному всеми нагревающимися телами.

Можно выделить следующий алгоритм решения задач на «тепловой баланс»:

• по данным задачи составить общее уравнение теплового баланса;
• записать соответствующие равенства для каждой из величин теплоты, входящих в общее уравнение теплового баланса;
• подставить правые части записанных равенств в уравнение теплового баланса;
• поменять местами слагаемые в скобках, перед которыми стоит знак «минус»;
• выразить искомую величину из полученного уравнения.

Важное замечание. Предложенные в настоящем разделе алгоритмы можно освоить только в ходе решения задач при неторопливом применении «шаг за шагом».

1. В конкретных задачах происходят не все типы процессов, поэтому ряд слагаемых в уравнении теплового баланса может отсутствовать.
2. Нужно помнить, что в процессе фазового перехода температура тела не изменяется до тех пор, пока переход не закончен.
3. Если конечной температурой является температура фазового перехода, то в окончательном состоянии могут сосуществовать две фазы(твердое тело и жидкость, жидкость и пар).
4. Если кроме обмена теплом система совершает механическую работу (или работа совершается над системой), то следует от уравнения теплового баланса перейти к I закону термодинамики в более общем виде:  Qотданное-Qполученное=A
   где работа А подставляется с учетом знака.