Термодинамикалық система

Мектепте термодинамиканы оқып-үйренудің бірқатар ерекшеліктері бар. Бұған негізгі термодинамикалық принциптердің әмбебаптығы және оларды техника мен технологияда қолданудың маңыздылығы себеп болады.

Термодинамикалық әдіс заттың құрылымы, атомдар мен молекулалардың қасиеттері туралы нақтылы түсініктерге тікелей тәуелді емес. Бұл әдіске физикалық әмбебаптық пен сенімділік тән, өйткені ол өте көп тәжірибелік деректер мен бақылаулардан алынған қорытындыларға негізделеді. Сондықтан ғылым дамуы барысында заттың құрылымы туралы түсініктердің өзгеруі термодинамикалық қорытындыларға әсер етпейді.

Термодинамикалық әдіс қарапайымдылығымен де құнды: аз ғана бастапқы алғышарттарға сүйеніп, принциптік тұрғыдан маңызды нәтижелер шығаруға мүмкіндік береді. Ол физикада, химияда, астрофизикада ғылыми зерттеулер жүргізуде, сондай-ақ практикалық қолданбаларда (әсіресе жылу техникасында) есептерді шешуге кеңінен жарамды.

Оқушылардың дүниетанымын қалыптастыруда термодинамиканың орны ерекше. Әдістемелік әдебиетте мектепте термодинамика негіздерімен таныстыру қажеттігі бірнеше рет көтерілген. Дегенмен мәселе оқушыларды термодинамикамен толық әрі терең көлемде қамту туралы емес.

Мектеп курсындағы негізгі мақсат — термодинамикалық әдістің мәнін түсіндіру және оның физикадағы қолданылу шектерін көрсету.

Қазіргі ғылымда термодинамикалық әдіс статистикалық әдіспен бірге жиі синтез түрінде қолданылады. Оқытуда да осы екі тәсілді ұштастырудың педагогикалық негізі бар: термодинамика мен молекула-кинетикалық теорияның негізгі ұғымдары мен заңдарын байланыстыра қарастыру жылулық құбылыстарды тереңірек түсінуге, есептер шығаруға және құбылыстарды макро және микро деңгейде ұғынуға көмектеседі.

Физиканы тереңдете оқыту бағдарламасында термодинамикаға қатысты мәселелер, негізінен, үш топқа біріктіріледі:

1. Термодинамикалық әдістің негізгі түсініктері: ішкі энергия, жылу мөлшері, жұмыс ұғымдарының термодинамикалық түсіндірмесі; термодинамиканың бірінші және екінші заңдары.
2. Термодинамика мен молекулалық физика әдістерін газдардың, сұйықтардың және қатты денелердің жылу сыйымдылығын оқытуда қолдану.
3. Жылу машиналары: олардың негізгі типтерінің жұмыс істеу принциптерін қарастыру барысында термодинамикалық әдістерді пайдалану.

Оқу материалының термодинамикалық бөлімін бастау үшін термодинамикалық әдіс туралы негізгі түсініктер беріледі. Оқушыларды әдіспен және оның қолданылуымен таныстыруда термодинамикалық жүйе және термодинамикалық процесс ұғымдары қолданылады.

Ең алдымен оқшауланған жүйе қарастырылады. Оқшауланған жүйенің ең маңызды қасиеті — уақыт өте келе жылулық тепе-теңдікке келуі және сол күйден өздігінен шыға алмауы.

Оқшауланған жүйе ұғымын енгізу молекулалық физикадағы түсініктер мен термодинамикалық жүйе күйін сипаттау тәсілдерінің айырмашылығын айқындауға көмектеседі. Сонымен қатар ол ішкі энергияны оқшауланған жүйелер күйлерінің жалпы сипаттамасы ретінде қарастыруға мүмкіндік береді.

Бұдан әрі оқшауланбаған жүйеде ішкі энергияны өзгертудің екі тәсілі — жылу берілу және жұмыс — қарастырылып, термодинамиканың бірінші заңы енгізіледі. Бұл мазмұн кейін газдардың, сұйықтар мен қатты денелердің жылу сыйымдылығын, термодинамиканың екінші заңын және жылу машиналары жұмысының физикалық негіздерін оқытуға тірек болады.