Ako sa mení vnútorná energia? Vnútorná energia

Pre riešenia praktické otázky významnú úlohu nehrá samotná vnútorná energia, ale jej zmena Δ U = U 2 - U jeden . Zmena vnútornej energie sa vypočíta na základe zákonov zachovania energie.

Vnútorná energia telesá možno upraviť dvoma spôsobmi:

1. Pri výrobe mechanická práca.

a) Ak vonkajšia sila spôsobí deformáciu telesa, potom sa zmenia vzdialenosti medzi časticami, z ktorých pozostáva, a následne sa zmení aj potenciálna energia interakcie častíc. Pri nepružných deformáciách sa navyše mení teplota telesa, t.j. mení sa kinetická energia tepelného pohybu častíc. Ale keď sa telo deformuje, vykoná sa práca, ktorá je mierou zmeny vnútornej energie tela.

b) Vnútorná energia telesa sa mení aj pri jeho nepružnej zrážke s iným telesom. Ako sme už videli, pri nepružnej zrážke telies sa ich kinetická energia znižuje, mení sa na vnútornú energiu (ak napríklad niekoľkokrát udriete kladivom do drôtu ležiaceho na nákove, drôt sa zahreje). Miera zmeny kinetickej energie telesa je podľa vety o kinetickej energii prácou pôsobiacich síl. Táto práca môže slúžiť aj ako meradlo zmien vnútornej energie.

c) K zmene vnútornej energie telesa dochádza pôsobením sily trenia, pretože ako je známe zo skúseností, trenie je vždy sprevádzané zmenou teploty trecích telies. Práca trecej sily môže slúžiť ako miera zmeny vnútornej energie.

2. Používanie prenos tepla. Napríklad, ak sa teleso vloží do plameňa horáka, zmení sa jeho teplota, a teda sa zmení aj jeho vnútorná energia. Nepracovalo sa tu však, pretože nebol viditeľný pohyb ani samotného tela, ani jeho častí.

Zmena vnútornej energie systému bez vykonania práce sa nazýva výmena tepla(prenos tepla).

Existujú tri typy prenosu tepla: vedenie, prúdenie a žiarenie.

a) tepelná vodivosť je proces výmeny tepla medzi telesami (alebo časťami tela) pri ich priamom kontakte, v dôsledku tepelného chaotického pohybu častíc tela. Amplitúda kmitov molekúl tuhého telesa je tým väčšia, čím je jeho teplota vyššia. Tepelná vodivosť plynov je spôsobená výmenou energie medzi molekulami plynu pri ich zrážkach. V prípade tekutín fungujú oba mechanizmy. Tepelná vodivosť látky je maximálna v pevnom skupenstve a minimálna v plynnom skupenstve.

b) Konvekcia je prenos tepla ohriatymi prúdmi kvapaliny alebo plynu z jednej časti objemu, ktorý zaberajú, do druhej.

c) Prestup tepla pri žiarenia vykonávané na diaľku pomocou elektromagnetických vĺn.

Pozrime sa podrobnejšie na to, ako zmeniť vnútornú energiu.

Množstvo tepla

Ako viete, počas rôznych mechanických procesov dochádza k zmene mechanickej energie W. Mierou zmeny mechanickej energie je práca síl pôsobiacich na systém:

Pri prenose tepla dochádza k zmene vnútornej energie tela. Mierou zmeny vnútornej energie počas prenosu tepla je množstvo tepla.

Množstvo tepla je mierou zmeny vnútornej energie pri prenose tepla.

Práca aj množstvo tepla teda charakterizujú zmenu energie, nie sú však totožné s vnútornou energiou. Necharakterizujú stav samotného systému (ako to robí vnútorná energia), ale určujú proces energetického prechodu z jednej formy do druhej (z jedného tela do druhého), keď sa stav mení a v podstate závisia od povahy procesu.

Hlavný rozdiel medzi prácou a teplom je v tom

§ práca charakterizuje proces zmeny vnútornej energie systému, sprevádzaný premenou energie z jedného typu na druhý (z mechanickej na vnútornú);

§ množstvo tepla charakterizuje proces prenosu vnútornej energie z jedného telesa do druhého (od teplejšieho k menej horúcemu), nesprevádzaný energetickými premenami.

§ Tepelná kapacita, množstvo tepla vynaloženého na zmenu teploty o 1 °C. Podľa prísnejšej definície tepelná kapacita- termodynamická veličina určená výrazom:

§ kde Δ Q- množstvo tepla odovzdaného do systému a spôsobeného zmenou jeho teploty pomocou Delta;T. Pomer konečných rozdielov Δ Q/ΔT sa nazýva priemer tepelná kapacita, pomer nekonečne malých hodnôt d Q/dT- pravda tepelná kapacita. Pretože d Q nie je teda úplným diferenciálom funkcie stavu tepelná kapacita závisí od prechodovej cesty medzi dvoma stavmi systému. Rozlišovať tepelná kapacita systém ako celok (J/K), špecifický tepelná kapacita[J/(g K)], molárny tepelná kapacita[J/(mol K)]. Všetky nižšie uvedené vzorce používajú molárne hodnoty tepelná kapacita.

Otázka 32:

Vnútornú energiu je možné meniť dvoma spôsobmi.

Množstvo tepla (Q) je zmena vnútornej energie tela, ku ktorej dochádza v dôsledku prenosu tepla.

Množstvo tepla sa meria v sústave SI v jouloch.
[Q] = 1 J.

Merná tepelná kapacita látky ukazuje, koľko tepla je potrebné na zmenu teploty jednotkovej hmotnosti danej látky o 1°C.
Jednotka špecifické teplo v sústave SI:
[c] = 1 J/kg stupňov C.

Otázka 33:

33 Prvý zákon termodynamiky, množstvo tepla prijatého systémom prechádza na zmenu jeho vnútornej energie a vykonávanie práce na vonkajších telesách. dQ=dU+dA, kde dQ je elementárne množstvo tepla, dA je elementárna práca, dU je prírastok vnútornej energie. Aplikácia prvého zákona termodynamiky na izoprocesy
Medzi rovnovážne procesy, ktoré sa vyskytujú pri termodynamických systémoch, patria izoprocesy, pri ktorom sa jeden z hlavných stavových parametrov udržiava konštantný.
Izochorický proces (V= konštanta). Schéma tohto procesu (izochóra) v súradniciach R, V je znázornená ako priamka rovnobežná s osou y (obr. 81), kde prebieha proces 1-2 je izochorický ohrev a 1 -3 - izochorické chladenie. V izochorickom procese plyn nepôsobí na vonkajšie telesá, Izotermický proces (T= konštanta). Ako už bolo spomenuté v § 41, izotermický dej popisuje zákon Boyle-Mariotte
, aby teplota počas expanzie plynu neklesala, je potrebné dodať plynu množstvo tepla ekvivalentné vonkajšej práci expanzie pri izotermickom procese.

Otázka 34:

34 Adiabatické sa nazýva proces, v ktorom nedochádza k výmene tepla ( dQ= 0) medzi systémom a životné prostredie. Adiabatické procesy zahŕňajú všetky rýchle procesy. Napríklad proces šírenia zvuku v médiu možno považovať za adiabatický proces, pretože rýchlosť šírenia zvukovej vlny je taká vysoká, že výmena energie medzi vlnou a médiom nestihne nastať. V spaľovacích motoroch sa využívajú adiabatické procesy (expanzia a stláčanie horľavej zmesi vo valcoch), v r. chladiace jednotky atď.
Z prvého zákona termodynamiky ( dQ= d U+dA) pre adiabatický proces z toho vyplýva, že
p /С V =γ , nájdeme

Integrovaním rovnice v rozsahu od p 1 do p 2 a podľa toho aj od V 1 do V 2 a potencovaním dospejeme k výrazu

Keďže stavy 1 a 2 sú zvolené ľubovoľne, môžeme písať

Hodina fyziky v 8. ročníku na tému: "Vnútorná energia. Spôsoby zmeny vnútornej energie"

Ciele lekcie:

• Formovanie pojmu "vnútorná energia tela" na základe MKT štruktúry hmoty.
• Oboznámenie sa so spôsobmi zmeny vnútornej energie tela.
• Formovanie pojmu "prestup tepla" a schopnosť aplikovať poznatky MKT o štruktúre hmoty pri vysvetľovaní tepelných javov.
• Rozvoj záujmu o fyziku prostredníctvom predvádzania zaujímavých príkladov prejavu tepelných javov v prírode a technike.
• Zdôvodnenie potreby štúdia tepelných javov pre aplikáciu týchto poznatkov v každodennom živote.
• Rozvoj informačných a komunikačných kompetencií žiakov.

Typ lekcie. Kombinovaná lekcia.

Typ lekcie. Lekcia - prezentácia

Forma lekcie.Interaktívna konverzácia, demonštračný experiment, rozprávanie, samoštúdium

Formy študentských prác.tímová práca, individuálna práca, pracovať v skupinách.

Vybavenie: elektronická prezentácia „Vnútorná energia. Spôsoby zmeny vnútornej energie“, počítač, projektor.

Počas vyučovania

Organizácia času.Dobrý deň! Dnes sa na lekcii zoznámime s iným druhom energie, zistíme, od čoho závisí a ako sa dá zmeniť.

Aktualizácia znalostí.

• Zopakovanie základných pojmov: energia, kinetická a potenciálna energia, mechanická práca.

Učenie sa nového materiálu.

učiteľ . Okrem vyššie uvedených pojmov je potrebné pripomenúť, že dva typymechanická energiasa môžu premeniť (prejsť) do seba, napríklad pri páde tela. Predstavte si voľne padajúcu loptu. Je zrejmé, že pri páde sa jeho výška nad povrchom znižuje a rýchlosť sa zvyšuje, čo znamená, že jeho potenciálna energia klesá a jeho kinetická energia sa zvyšuje. Malo by sa chápať, že tieto dva procesy sa nevyskytujú oddelene, sú vzájomne prepojené a hovorí sa topotenciálna energia sa premieňa na kinetickú.

Aby sme pochopili, čo je vnútorná energia telesa, je potrebné odpovedať na nasledujúcu otázku: z čoho pozostávajú všetky telesá?

Študenti . Telesá sú zložené z častíc, ktoré sa neustále náhodne pohybujú a vzájomne na seba pôsobia.

učiteľ . A ak sa pohybujú a interagujú, potom majú kinetickú a potenciálnu energiu, ktoré tvoria vnútornú energiu.

Študenti. Ukazuje sa, že všetky telesá majú rovnakú vnútornú energiu, čo znamená, že teplota musí byť rovnaká. A nie je to tak.

učiteľ. Samozrejme, že nie. Telá majú rôznu vnútornú energiu a my sa pokúsime zistiť, od čoho závisí vnútorná energia tela a od čoho nezávisí.

Definícia.

Kinetická energiapohyb častíc apotenciálna energiaich interakcie súvnútornej energie tela.

Vnútorná energia jea meria sa, ako všetky ostatné druhy energie, v J (jouloch).

Preto máme vzorec pre vnútornú energiu tela:. Kde pod sa chápe ako kinetická energia častíc telesa, a podje ich potenciálna energia.

Pripomeňme si predchádzajúcu lekciu, kde sme hovorili o tom, že pohyb častíc telesa charakterizuje jeho teplota, na druhej strane vnútorná energia telesa súvisí s povahou (činnosťou) pohybu častíc. Preto sú vnútorná energia a teplota vzájomne prepojené pojmy. Keď teplota tela stúpa, zvyšuje sa aj jeho vnútorná energia a keď klesá, klesá.

Zistili sme, že vnútorná energia tela sa môže meniť. Zvážte spôsoby, ako zmeniť vnútornú energiu tela.

Pojem mechanická práca tela už poznáte, je spojená s pohybom tela, keď naň pôsobí určitá sila. Ak sa vykonáva mechanická práca, mení sa energia tela a to isté možno povedať konkrétne o vnútornej energii tela. Je vhodné znázorniť to na diagrame:

učiteľ Metóda zvyšovania vnútornej energie tela počas trenia je ľuďom známa už od staroveku. Takto ľudia zapálili oheň. Čo možno pozorovať pri práci v dielňach, napríklad pri sústružení dielov pilníkom? (Časti sa zahrievajú). Keď je človeku zima, začne sa mimovoľne triasť. Prečo si myslíš? (Keď sa objavia otrasy svalové kontrakcie. Vďaka práci svalov sa vnútorná energia tela zvyšuje, stáva sa teplejším). Aký záver možno vyvodiť z toho, čo bolo povedané?

Študenti . Vnútorná energia tela sa pri vykonávaní práce mení. Ak samotné telo pracuje, jeho vnútorná energia klesá a ak sa na ňom pracuje, jeho vnútorná energia sa zvyšuje.

učiteľ . V technike, priemysle, každodennej praxi sa neustále stretávame so zmenou vnútornej energie telesa pri vykonávaní práce: zahrievanie telies pri kovaní, pri náraze; pracovať so stlačeným vzduchom alebo parou.

Dajme si pauzu a niečo sa naučíme Zaujímavosti z histórie tepelných javov (dvaja študenti robia vopred pripravené krátke prezentácie).

Správa 1. Ako sa stali zázraky?

Staroveký grécky mechanik Heron Alexandrijský, vynálezca fontány, ktorá nesie jeho meno, nám zanechal opis dvoch dômyselných spôsobov, akými egyptskí kňazi klamali ľudí a inšpirovali ich k viere v zázraky.
Na obrázku 1 vidíte dutý kovový oltár a pod ním je mechanizmus skrytý v žalári, ktorý uvádza do pohybu dvere chrámu. Oltár stál pred ním. Pri zapálení ohňa vzduch vo vnútri oltára vplyvom zahrievania silnejšie tlačí na vodu v nádobe ukrytej pod podlahou; voda sa vytlačí z nádoby cez rúrku a naleje sa do vedra, ktoré pri klesaní aktivuje mechanizmus, ktorý otáča dvierkami (obr. 2). Užaslí diváci, ktorí si neuvedomujú inštaláciu ukrytú pod podlahou, pred sebou vidia „zázrak“: len čo na oltári vzbĺkne oheň, dvere chrámu „počujúc modlitby kňaza“ sa rozplynú. ak sami od seba...

Odhalenie „zázraku“ egyptských kňazov: dvere chrámu sa otvárajú pôsobením obetného ohňa.

Správa 2. Ako sa stali zázraky?

Ďalší pomyselný zázrak usporiadaný kňazmi je znázornený na obr. 3. Keď na oltári plápolá plameň, vzduch expandujúci naberá olej zo spodnej nádrže do trubíc skrytých vo vnútri postáv kňazov a potom sa olej zázračne vyleje do ohňa ... Ale akonáhle kňaz, ktorý má na starosti tento oltár, potichu odstráni korkovú nádrž - a vytekanie oleja sa zastavilo (pretože prebytočný vzduch voľne unikal cez otvor); kňazi sa uchýlili k tomuto triku, keď bola ponuka veriacich príliš vzácna.

učiteľ. Všetci poznáme ranný čaj! Je také pekné urobiť si čaj, nasypať cukor do šálky a piť trochu, malou lyžičkou. Len jedna vec je zlá - lyžica je príliš horúca! Čo sa stalo s lyžičkou? Prečo jej stúpla teplota? Prečo sa jej vnútorná energia zvýšila? Pracovali sme na tom?

Študenti . Nie, nezistili.

učiteľ . Poďme zistiť, prečo došlo k zmene vnútornej energie.

Spočiatku je teplota vody vyššia ako teplota lyžice, a preto je rýchlosť molekúl vody väčšia. To znamená, že molekuly vody majú väčšiu kinetickú energiu ako kovové častice, z ktorých je lyžica vyrobená. Pri zrážke s kovovými časticami im molekuly vody odovzdávajú časť svojej energie a kinetická energia kovových častíc sa zvyšuje a kinetická energia molekúl vody klesá. Tento spôsob zmeny vnútornej energie telies sa nazýva prenos tepla . V našom Každodenný život s týmto javom sa stretávame často. Napríklad vo vode, pri ležaní na zemi alebo v snehu dochádza k ochladzovaniu tela, čo môže viesť k prechladnutiu či omrzlinám. V silných mrazoch kačice ochotne vyliezajú do vody. Prečo si myslíš? (Pri silných mrazoch je teplota vody oveľa vyššia ako teplota okolia, takže vták sa vo vode ochladí menej ako vo vzduchu).Prenos tepla sa uskutočňuje niekoľkými spôsobmi, ale o tom si povieme v ďalšej lekcii.

Sú teda možné dva spôsoby zmeny vnútornej energie. ktoré?

Študenti . Vykonaná práca a prenos tepla.

Konsolidácia študovaného materiálu.Teraz sa pozrime, ako dobre ste sa naučili nový materiál dnešná lekcia. Položím otázky a vy sa na ne pokúsite odpovedať.

Otázka 1 . Do jedného pohára sa naleje studená voda, do druhého sa naleje rovnaké množstvo vriacej vody. Ktoré sklo má viac vnútornej energie? (V druhom, pretože jeho teplota je vyššia).

Otázka 2. Dve medené tyče majú rovnakú teplotu, ale hmotnosť jednej je 1 kg a druhej 0,5 kg. Ktorý z dvoch uvedených prútov má väčšiu vnútornú energiu? (Po prvé, pretože jeho hmotnosť je väčšia).

Otázka 3. Kladivo sa zahrieva, keď sa naň udrie, napríklad na nákovu, a keď leží na slnku v horúcom letnom dni. Vymenujte spôsoby zmeny vnútornej energie kladiva v oboch prípadoch. (V prvom prípade sa vykoná práca av druhom prípade prenos tepla).

Otázka 4 . Voda sa naleje do kovového hrnčeka. Ktorá z nasledujúcich činností mení vnútornú energiu vody? (trinásť)

1. Ohrev vody na horúcej piecke.
2. Vykonávanie práce na vode, jej uvedenie do translačného pohybu spolu s hrnčekom.
3. Práca na vode miešaním pomocou mixéra.

učiteľ . A teraz vám navrhujem, aby ste pracovali sami. (Študenti sú rozdelení do 6 skupín a ďalšia práca sa bude vykonávať v skupinách). Pred vami je papier s tromi úlohami.

Cvičenie 1. Aký je dôvod zmeny vnútornej energie telies pri nasledujúcich javoch:

1. ohrev vody bojlerom;
2. chladenie potravín umiestnených v chladničke;
3. zapálenie zápalky pri jej údere na škatuľku;
4. silné zahrievanie a spaľovanie umelých satelitov Zeme, keď vstupujú do nižších hustých vrstiev atmosféry;
5. ak rýchlo ohýbate drôt na rovnakom mieste, potom v jednom smere, potom v druhom smere, potom sa toto miesto veľmi zahreje;
6. varenie jedla;
7. ak sa rýchlo skĺznete po tyči alebo lane, môžete si popáliť ruky;
8. ohrev vody v bazéne v horúcom letnom dni;
9. pri zatĺkaní klinca sa jeho klobúk zahrieva;
10. Po vložení do plameňa sviečky sa zápalka zapáli.

Pre dve skupiny - počas trenia; ďalšie dve skupiny - na náraz a ďalšie dve skupiny - na kompresiu.

Reflexia.

• Čo nové, zaujímavé ste sa dnes naučili na lekcii?
• Ako ste sa dostali k učeniu, ktoré ste sa naučili?
• Aké boli ťažkosti? Podarilo sa vám ich prekonať?
• Budú pre vás vedomosti získané v dnešnej lekcii užitočné?

Zhrnutie lekcie.Dnes sme sa zoznámili so základnými pojmami časti „Tepelné javy“ vnútorná energia a prenos tepla a zoznámili sa so spôsobmi zmeny vnútornej energie telies. Získané poznatky vám pomôžu vysvetliť a predpovedať priebeh tepelných procesov, s ktorými sa v živote stretnete.

Domáca úloha. § 2, 3. Experimentálne úlohy:

1. Teplotu vody naliatej do téglika alebo fľaše zmerajte domácim teplomerom.
   Nádobu pevne uzavrite a 10–15 minút s ňou intenzívne pretrepávajte, potom znova zmerajte teplotu.
   Aby ste zabránili prenosu tepla z rúk, nasaďte si rukavice alebo nádobu zabaľte do uteráka.
   Akú metódu zmeny vnútornej energie ste použili? Vysvetlite.
2. Vezmite si gumičku previazanú krúžkom, priložte si pásku na čelo a poznačte si jej teplotu. Prstom držte gumu, niekoľkokrát ju energicky natiahnite a v napnutej forme ju opäť pritlačte na čelo. Urobte záver o teplote a dôvodoch, ktoré spôsobili zmenu.

Náhľad:

Ak chcete použiť ukážku prezentácií, vytvorte si účet ( účtu) Google a prihláste sa:

Akékoľvek makroskopické teleso má energie vďaka svojmu mikrostavu. Toto energie volal interné(označené U). Rovná sa energii pohybu a interakcii mikročastíc, ktoré tvoria telo. takze vnútornej energie ideálny plyn pozostáva z kinetickej energie všetkých jeho molekúl, pretože ich interakciu možno v tomto prípade zanedbať. Preto to vnútornej energie závisí len od teploty plynu ( u~T).

Ideálny model plynu predpokladá, že molekuly sú od seba vzdialené niekoľko priemerov. Preto je energia ich interakcie oveľa menšia ako energia pohybu a možno ju ignorovať.

V reálnych plynoch, kvapalinách a tuhých látkach nemožno opomenúť interakciu mikročastíc (atómov, molekúl, iónov a pod.), pretože výrazne ovplyvňuje ich vlastnosti. Preto ich vnútornej energie pozostáva z kinetickej energie tepelného pohybu mikročastíc a potenciálnej energie ich interakcie. Ich vnútorná energia, okrem teploty T, bude závisieť aj od objemu V, pretože zmena objemu ovplyvňuje vzdialenosť medzi atómami a molekulami a následne aj potenciálnu energiu ich vzájomnej interakcie.

Vnútorná energia je funkciou stavu tela, ktorý je určený jeho teplotouTa zväzok V.

Vnútorná energia jednoznačne určená teplotouT a telesný objem V charakterizujúci jeho stav:U=U(T, V)

Komu zmeniť vnútornú energiu telies, je potrebné skutočne meniť buď kinetickú energiu tepelného pohybu mikročastíc, alebo potenciálnu energiu ich interakcie (alebo oboje). Ako viete, možno to urobiť dvoma spôsobmi - prenosom tepla alebo v dôsledku vykonávania práce. V prvom prípade sa to stane v dôsledku prenosu určitého množstva tepla Q; v druhom - z dôvodu výkonu práce A.

Touto cestou, množstvo tepla a vykonaná práca sú miera zmeny vnútornej energie tela:

Δ U=Q+A.

K zmene vnútornej energie dochádza v dôsledku určitého množstva tepla odovzdaného alebo prijatého telom alebo v dôsledku výkonu práce.

Ak dôjde iba k prenosu tepla, potom k zmene vnútornej energie vzniká prijatím alebo vydaním určitého množstva tepla: Δ U=Q. Pri zahrievaní alebo ochladzovaní telesa sa rovná:

Δ U=Q = cm(T2 - T1) =cmΔT.

Pri tavení alebo kryštalizácii pevných látok vnútornej energie zmeny v dôsledku zmeny potenciálnej energie interakcie mikročastíc, pretože dochádza k štrukturálnym zmenám v štruktúre hmoty. V tomto prípade sa zmena vnútornej energie rovná teplu topenia (kryštalizácie) telesa: Δ U-Q pl \u003dλ m, kde λ - špecifické teplo topenia (kryštalizácie) tuhého telesa.

Zmenu spôsobuje aj odparovanie kvapalín alebo kondenzácia pár vnútornej energie, čo sa rovná výparnému teplu: Δ U=Q p =rm, kde r- merné skupenské teplo vyparovania (kondenzácie) kvapaliny.

Zmena vnútornej energie telesa v dôsledku výkonu mechanickej práce (bez prenosu tepla) sa číselne rovná hodnote tejto práce: Δ U=A.

Ak dôjde k zmene vnútornej energie v dôsledku prenosu tepla, potomΔ U=Q=cm(T2 —T1),aleboΔ U= Q pl = λ m,aleboΔ U=Qn =rm.

Preto z hľadiska molekulovej fyziky: materiál zo stránky

Vnútorná energia tela je súčet kinetickej energie tepelného pohybu atómov, molekúl alebo iných častíc, z ktorých pozostáva, a potenciálnej energie vzájomného pôsobenia medzi nimi; z termodynamického hľadiska je funkciou stavu telesa (sústavy telies), ktorý je jednoznačne určený jeho makroparametrami - teplotou.Ta zväzok V.

Touto cestou, vnútornej energie je energia systému, ktorá závisí od jeho vnútorného stavu. Pozostáva z energie tepelného pohybu všetkých mikročastíc systému (molekuly, atómy, ióny, elektróny atď.) a energie ich vzájomného pôsobenia. Plná hodnota je takmer nemožné určiť vnútornú energiu, preto sa vypočíta zmena vnútornej energie Δ ty ku ktorému dochádza v dôsledku prenosu tepla a výkonu práce.

Vnútorná energia telesa sa rovná súčtu kinetickej energie tepelného pohybu a potenciálnej energie interakcie mikročastíc, ktoré ho tvoria.

Na tejto stránke sú materiály k témam:

• Je možné jednoznačne určiť vnútornú energiu telesa?

• Telo má energiu

• Fyzika podáva správu o vnútornej energii

• Od akých makroparametrov závisí vnútorná energia ideálneho plynu

• 1. Existujú dva typy mechanickej energie: kinetická a potenciálna. Akékoľvek pohybujúce sa teleso má kinetickú energiu; je priamo úmerná hmotnosti telesa a druhej mocnine jeho rýchlosti. Potenciálnu energiu vlastnia telesá, ktoré sa navzájom ovplyvňujú. Potenciálna energia telesa interagujúceho so Zemou je priamo úmerná jeho hmotnosti a vzdialenosti medzi nimi
  on a povrch zeme.

  Súčet kinetickej a potenciálnej energie telesa sa nazýva jeho celková mechanická energia.. Celková mechanická energia teda závisí od rýchlosti telesa a od jeho polohy vzhľadom na teleso, s ktorým interaguje.

  Ak má telo energiu, dokáže pracovať. Keď je práca vykonaná, energia tela sa mení. Hodnota práce sa rovná zmene energie.

  2. Ak sa vzduch prečerpá do hrubostennej nádoby uzavretej korkom, ktorej dno je pokryté vodou (obr. 67), po určitom čase korok z nádoby vyletí a v nádobe sa vytvorí hmla.

  

  Je to spôsobené tým, že vo vzduchu v banke je vodná para, ktorá vzniká pri odparovaní vody. Vzhľad hmly znamená, že para sa zmenila na vodu, t.j. kondenzované, a to sa môže stať, keď teplota klesne. V dôsledku toho teplota vzduchu v banke klesla.

  Dôvod je nasledujúci. Korok vyletel z plechovky, pretože vzduch, ktorý tam bol, naň pôsobil určitou silou. Vzduch na výstupe z korku to urobil. Je známe, že telo môže vykonávať prácu, ak má energiu. Preto má vzduch v banke energiu.

  Keď vzduch fungoval, jeho teplota klesla a jeho stav sa zmenil. Zároveň sa nezmenila mechanická energia vzduchu: nezmenila sa ani jeho rýchlosť, ani poloha voči Zemi. Preto sa práca nerobila kvôli mechanickej, ale kvôli inej energii. Táto energia je vnútornej energie vzduch v plechovke.

  3. Vnútorná energia telesa je súčtom kinetickej energie pohybu jeho molekúl a potenciálnej energie ich interakcie.

  Molekuly majú kinetickú energiu \((E_k) \), pretože sú v pohybe, a potenciálnu energiu \((E_p) \), pretože interagujú.

  Vnútorná energia sa označuje písmenom ​ \ (U \) . Jednotkou vnútornej energie je 1 joule (1 J).

  \[ U=E_k+E_p \]

  4. Čím väčšia je rýchlosť pohybu molekúl, tým vyššia je teplota tela, preto vnútorná energia závisí od telesnej teploty. Ak chcete preniesť látku z pevného do kvapalného stavu, napríklad na premenu ľadu na vodu, musíte do nej priviesť energiu. Preto bude mať voda viac vnútornej energie ako ľad rovnakej hmotnosti, a preto vnútorná energia závisí od stavu agregácie tela.

  Vnútorná energia telesa nezávisí od jeho pohybu ako celku a od jeho interakcie s inými telesami. Takže vnútorná energia lopty ležiacej na stole a na podlahe je rovnaká, ako aj lopty, ktorá sa nehýbe a kotúľa sa po podlahe (ak samozrejme zanedbáme odpor voči jej pohybu).

  Zmenu vnútornej energie možno posudzovať podľa hodnoty vykonanej práce. Okrem toho, keďže vnútorná energia telesa závisí od jeho teploty, zmena telesnej teploty sa môže použiť na posúdenie zmeny jeho vnútornej energie.

  5. Vnútorná energia sa dá zmeniť vykonávaním práce. Takže v opísanom experimente sa vnútorná energia vzduchu a vodnej pary v nádobe znížila, keď vykonali prácu pri vytláčaní korku von. Zároveň sa znížila teplota vzduchu a vodnej pary, o čom svedčí aj výskyt hmly.

  Ak je kus olova niekoľkokrát zasiahnutý kladivom, potom aj dotykom možno určiť, že sa kus olova zahreje. V dôsledku toho sa zvýšila jeho vnútorná energia, ako aj vnútorná energia kladiva. Stalo sa to preto, lebo sa pracovalo na kuse olova.

  Ak samotné telo pracuje, jeho vnútorná energia klesá a ak sa na ňom pracuje, jeho vnútorná energia sa zvyšuje.

  Ak v pohári studená voda nalejte horúcu vodu, potom teplotu horúca voda sa zníži a studená voda - sa zvýši. V tomto prípade sa nepracuje, ale vnútorná energia teplej vody klesá, o čom svedčí aj pokles jej teploty.

  Keďže na začiatku bola teplota teplej vody vyššia ako teplota studenej vody, potom je vnútorná energia teplej vody väčšia. To znamená, že molekuly horúcej vody majú väčšiu kinetickú energiu ako molekuly studenej vody. Táto energia je pri zrážkach prenášaná molekulami horúcej vody na molekuly studenej vody a kinetická energia molekúl studenej vody sa zvyšuje. Kinetická energia molekúl horúcej vody v tomto prípade klesá.

  V uvažovanom príklade sa nevykonáva mechanická práca, vnútorná energia telies sa mení o prenos tepla.

  Prenos tepla je metóda zmeny vnútornej energie telesa, keď sa energia prenáša z jednej časti tela do druhej alebo z jedného telesa do druhého bez vykonania práce.

  Časť 1

  1. Vnútorná energia plynu v uzavretej nádobe konštantného objemu je určená

  1) chaotický pohyb molekúl plynu
  2) pohyb celej nádoby s plynom
  3) interakcia nádoby s plynom a Zemou
  4) pôsobenie na nádobu s plynom vonkajších síl

  2. Vnútorná energia tela závisí od

  A) telesná hmotnosť
  B) poloha telesa vzhľadom k povrchu Zeme
  B) rýchlosť tela (pri absencii trenia)

  Správna odpoveď

  1) len A
  2) len B
  3) len B
  4) len B a C

  3. Vnútorná energia tela nezávisí od

  A) telesná teplota
  B) telesná hmotnosť
  B) poloha telesa vzhľadom k povrchu Zeme

  Správna odpoveď

  1) len A
  2) len B
  3) len B
  4) len A a B

  4. Ako sa mení vnútorná energia telesa pri jeho zahrievaní?

  1) zvyšuje
  2) klesá
  3) zvyšuje sa pre plyny, pre tuhé látky a tekuté telá nemení
  4) sa nemení pre plyny, zvyšuje sa pre tuhé látky a kvapaliny

  5. Vnútorná energia mince sa zvyšuje, ak je

  1) zahrievajte v horúcej vode
  2) ponorte do vody s rovnakou teplotou
  3) aby sa pohyboval určitou rýchlosťou
  4) zdvihnúť nad povrch Zeme

  6. Jeden pohár vody stojí na stole v miestnosti a ďalší pohár vody rovnakej hmotnosti a rovnakej teploty je na poličke visiacej vo výške 80 cm od stola. Vnútorná energia pohára vody na stole je

  1) vnútorná energia vody na polici
  2) viac vnútornej energie vody na polici
  3) menšia vnútorná energia vody na polici
  4) rovná nule

  7. Po spustení horúcej časti do studená voda, vnútorná energia

  1) zvýši sa obe časti a voda
  2) ubúdajú obe časti aj voda
  3) Časti budú ubúdať, zatiaľ čo vody pribúda
  4) Podrobnosti sa zvýšia, zatiaľ čo voda sa zníži

  8. Jeden pohár vody je na stole v miestnosti a ďalší pohár vody rovnakej hmotnosti a rovnakej teploty je v lietadle letiacom rýchlosťou 800 km/h. Vnútorná energia vody v lietadle

  1) rovná vnútornej energii vody v miestnosti
  2) viac vnútornej energie vody v miestnosti
  3) menšia vnútorná energia vody v miestnosti
  4) rovná nule

  9. Potom, čo sa horúca voda naleje do pohára na stole, vnútorná energia

  1) šálky a voda sa zvýšili
  2) šálky a voda sa znížili
  3) šálky sa znížili, zatiaľ čo voda pribudla
  4) šálky sa zvýšili, zatiaľ čo voda sa znížila

  10. Telesná teplota môže byť zvýšená, ak

  A. Pracujte na tom.
  B. Dajte mu trochu tepla.

  Správna odpoveď

  1) len A
  2) len B
  3) A aj B
  4) ani A, ani B

  11. Olovená guľa sa ochladí v chladničke. Ako sa v tomto prípade zmení vnútorná energia lopty, jej hmotnosť a hustota hmoty lopty? Pre každú fyzikálnu veličinu určite vhodný charakter zmeny. Napíšte do tabuľky vybrané čísla pre každú fyzikálnu veličinu. Čísla v odpovedi sa môžu opakovať.

  FYZICKÉ MNOŽSTVO
  A) vnútorná energia
  B) hmotnosť
  B) Hustota

  POVAHA ZMENY
  1) zvyšuje
  2) klesá
  3) sa nemení

  12. Vzduch sa čerpá do fľaše, tesne uzavretej zátkou. V určitom okamihu korok vyletí z fľaše. Čo sa stane s objemom vzduchu, jeho vnútornou energiou a teplotou? Pre každú fyzikálnu veličinu určite charakter jej zmeny. Napíšte do tabuľky vybrané čísla pre každú fyzikálnu veličinu. Čísla v odpovedi sa môžu opakovať.

  FYZICKÉ MNOŽSTVO
  A) objem
  B) vnútorná energia
  B) teplota

  POVAHA ZMENY
  1) zvyšuje
  2) klesá
  3) sa nemení

  Odpovede

  

  

  Vnútornú energiu je možné meniť dvoma spôsobmi.

  Ak sa na tele pracuje, jeho vnútorná energia sa zvyšuje.

  Vnútorná energia tela(označované ako E alebo U) je súčet energií molekulárnych interakcií a tepelných pohybov molekuly. Vnútorná energia je jednohodnotovou funkciou stavu systému. To znamená, že kedykoľvek sa systém ocitne v danom stave, jeho vnútorná energia nadobudne hodnotu inherentnú tomuto stavu, bez ohľadu na históriu systému. V dôsledku toho sa zmena vnútornej energie počas prechodu z jedného stavu do druhého bude vždy rovnať rozdielu medzi jej hodnotami v konečnom a počiatočnom stave, bez ohľadu na cestu, po ktorej sa prechod uskutočnil.

  Vnútornú energiu telesa nemožno merať priamo. Je možné určiť iba zmenu vnútornej energie:

  Tento vzorec je matematickým vyjadrením prvého zákona termodynamiky

  Pre kvázistatické procesy platí nasledujúci vzťah:

  Teplota meraná v Kelvinoch

  Entropia, meraná v jouloch/kelvinoch

  Tlak meraný v pascaloch

  Chemický potenciál

  Počet častíc v systémoch

  Teplo spaľovania paliva. Podmienečné palivo. Množstvo vzduchu potrebné na spálenie paliva.

  Kvalita paliva sa posudzuje podľa jeho výhrevnosti. Charakterizovať pevné a tekuté typy palivo je ukazovateľom špecifického spaľovacieho tepla, čo je množstvo tepla uvoľneného pri úplnom spaľovaní jednotkovej hmotnosti (kJ / kg). Pre plynné palivá sa používa objemová výhrevnosť, čo je množstvo tepla uvoľneného pri spaľovaní jednotkového objemu (kJ / m3). Okrem toho sa plynné palivo v niektorých prípadoch odhaduje podľa množstva tepla uvoľneného počas úplného spaľovania jedného mólu plynu (kJ / mol).

  Spalné teplo sa určuje nielen teoreticky, ale aj empiricky, horením určité množstvo palivo v špeciálnych zariadeniach nazývaných kalorimetre. Spalné teplo sa odhaduje zvýšením teploty vody v kolorimetri. Výsledky získané touto metódou sú blízke hodnotám vypočítaným z elementárneho zloženia paliva.

  Otázka 14Zmena vnútornej energie počas vykurovania a chladenia. Práca plynu so zmenou objemu.

  Vnútorná energia tela závisí na priemernej kinetickej energii jeho molekúl a táto energia zase závisí od teploty. Zmenou teploty telesa teda meníme aj jeho vnútornú energiu.Pri zahrievaní telesa sa jeho vnútorná energia zvyšuje, pri ochladzovaní klesá.

  Vnútornú energiu tela je možné zmeniť aj bez práce. Môže sa teda zvýšiť napríklad ohriatím kanvice s vodou na sporáku alebo spustením lyžice do pohára horúceho čaju. Vykuruje sa krb, v ktorom sa zapaľuje oheň, strecha domu osvetlená slnkom atď.. Zvýšenie teploty telies vo všetkých týchto prípadoch znamená zvýšenie ich vnútornej energie, ale toto zvýšenie nastáva bez vykonania práce .

  Zmena vnútornej energie telo bez vykonávania práce sa nazýva prenos tepla. K prenosu tepla dochádza medzi telesami (alebo časťami toho istého telesa), ktoré majú rozdielne teploty.

  Ako napríklad dochádza k prenosu tepla pri kontakte studenej lyžice s horúca voda? Po prvé, priemerná rýchlosť a kinetická energia molekúl horúcej vody prevyšuje priemernú rýchlosť a kinetickú energiu kovových častíc, z ktorých je lyžica vyrobená. Ale na miestach, kde sa lyžica dostane do kontaktu s vodou, začnú molekuly horúcej vody prenášať časť svojej kinetickej energie na častice lyžice a tie sa začnú pohybovať rýchlejšie. V tomto prípade sa kinetická energia molekúl vody znižuje a kinetická energia častíc lyžice sa zvyšuje. Spolu s energiou sa mení aj teplota: voda sa postupne ochladzuje a lyžica sa zahrieva. K zmene ich teploty dochádza dovtedy, kým nebude rovnaká pre vodu aj pre lyžicu.

  Časť vnútornej energie prenesenej z jedného telesa na druhé pri výmene tepla sa označuje písmenom a nazýva sa množstvo tepla.

  Q je množstvo tepla.

  Množstvo tepla by sa nemalo zamieňať s teplotou. Teplota sa meria v stupňoch a množstvo tepla (ako každá iná energia) sa meria v jouloch.

  Keď sa telesá s rôznymi teplotami dostanú do kontaktu, teplejšie teleso odovzdá určité množstvo tepla a chladnejšie teleso ho prijme.

  Práca pri izobarickej expanzii plynu. Jedným z hlavných termodynamických procesov, ktoré prebiehajú vo väčšine tepelných motorov, je proces expanzie plynu s výkonom práce. Je ľahké určiť prácu vykonanú počas izobarickej expanzie plynu.

  Ak sa pri izobarickej expanzii plynu z objemu V1 do objemu V2 ​​pohybuje piest vo valci vo vzdialenosti l (obr. 106), potom sa práca A „vykonaná plynom rovná

  Kde p je tlak plynu, je zmena jeho objemu.

  Pracujte s ľubovoľným procesom expanzie plynu.Ľubovoľný proces expanzie plynu z objemu V1 do objemu V2 ​​možno znázorniť ako súbor striedajúcich sa izobarických a izochorických procesov.

  Práca s izotermickou expanziou plynu. Porovnaním plôch obrázkov pod rezmi izotermy a izobary môžeme konštatovať, že expanzia plynu z objemu V1 do objemu V2 ​​pri rovnakej počiatočnej hodnote tlaku plynu je sprevádzaná v prípade izobarickej expanzie väčšou prácou.

  Práca s kompresiou plynu. Keď plyn expanduje, smer vektora tlakovej sily plynu sa zhoduje so smerom vektora posunutia, takže práca A "vykonaná plynom je pozitívna (A" > 0) a práca A vonkajších síl je negatívna: A \u003d -A "< 0.

  Pri stláčaní plynu smer vektora vonkajšej sily sa zhoduje so smerom pohybu, preto je práca A vonkajších síl kladná (A > 0) a práca A „vykonaná plynom je záporná (A“< 0).

  adiabatický proces. Okrem izobarických, izochorických a izotermických procesov sa v termodynamike často uvažuje o adiabatických procesoch.

  Adiabatický proces je proces, ktorý sa vyskytuje v termodynamickom systéme bez výmeny tepla s okolitými telesami, t.j. za podmienky Q = 0.

  Otázka 15 Podmienky pre rovnováhu tela. Moment sily. Druhy rovnováhy.

  Rovnováha, alebo rovnováha množstva súvisiacich javov v prírodných a humanitných vedách.

  Systém sa považuje za rovnovážny, ak sú všetky vplyvy na tento systém kompenzované inými alebo úplne chýbajú. Podobným konceptom je stabilita. Rovnováha môže byť stabilná, nestabilná alebo indiferentná.

  Typické príklady rovnováhy:

  1. Mechanická rovnováha, známa aj ako statická rovnováha, je stav telesa v pokoji alebo rovnomerne sa pohybujúcom, v ktorom je súčet síl a momentov, ktoré naň pôsobia, nulový.

  2. Chemická rovnováha – poloha, v ktorej chemická reakcia prebieha v rovnakom rozsahu ako reverzná reakcia a v dôsledku toho nedochádza k zmene množstva každej zložky.

  3. Fyzická rovnováha ľudí a zvierat, ktorá je udržiavaná pochopením jej nevyhnutnosti a v niektorých prípadoch aj umelým udržiavaním tejto rovnováhy [zdroj neuvedený 948 dní].

  4. Termodynamická rovnováha – stav systému, v ktorom sa nachádza interné procesy nevedú k zmenám makroskopických parametrov (ako je teplota a tlak).

  R nulová rovnosť algebraického súčtu momenty síl tiež neznamená, že telo je nevyhnutne v pokoji. Niekoľko miliárd rokov rotácia Zeme okolo svojej osi pokračuje s konštantnou periódou práve preto, že algebraický súčet momentov síl pôsobiacich na Zem z iných telies je veľmi malý. Z rovnakého dôvodu rotujúce koleso bicykla pokračuje v rotácii konštantnou frekvenciou a túto rotáciu zastavia iba vonkajšie sily.

  Druhy rovnováhy. V praxi zohráva významnú úlohu nielen splnenie podmienky rovnováhy pre telesá, ale aj kvalitatívna charakteristika rovnováhy, nazývaná stabilita. Existujú tri typy rovnováhy tiel: stabilná, nestabilná a ľahostajná. Rovnováha sa nazýva stabilná, ak sa po malých vonkajších vplyvoch teleso vráti do pôvodného rovnovážneho stavu. Stane sa tak, ak pri miernom posunutí telesa v ľubovoľnom smere z východiskovej polohy sa výslednica síl pôsobiacich na teleso stane nenulovou a smeruje do rovnovážnej polohy. V stabilnej rovnováhe je napríklad gulička na dne vybrania.

  Všeobecná podmienka rovnováhy telesa. Spojením týchto dvoch záverov môžeme sformulovať všeobecnú podmienku rovnováhy telesa: teleso je v rovnováhe, ak geometrický súčet vektorov všetkých síl, ktoré naň pôsobia, a algebraický súčet momentov týchto síl okolo osi rotácia sa rovná nule.

  Otázka 16Vyparovanie a kondenzácia. Odparovanie. Vriaca kvapalina. Závislosť varu kvapaliny od tlaku.

  Vyparovanie - vlastnosť kvapkania kvapalín zmeniť ich stav agregácie a premeniť sa na paru. Vyparovanie, ku ktorému dochádza iba na povrchu kvapkajúcej kvapaliny, sa nazýva vyparovanie. Vyparovanie v celom objeme kvapaliny sa nazýva var; vyskytuje sa pri určitej teplote v závislosti od tlaku. Tlak, pri ktorom kvapalina pri danej teplote vrie, sa nazýva tlak nasýtených pár pnp, jeho hodnota závisí od druhu kvapaliny a jej teploty.

  Odparovanie- proces prechodu látky z kvapalného do plynného skupenstva (para). Vyparovací proces je opakom kondenzačného procesu (prechod z parného do kvapalného skupenstva. Vyparovanie (vyparovanie), prechod látky z kondenzovanej (tuhej alebo kvapalnej) fázy do plynnej (pary); fáza prvého rádu. prechod.

  Kondenzácia - je to opačný proces vyparovania. Počas kondenzácie sa molekuly pary vracajú späť do kvapaliny. V uzavretej nádobe môže byť kvapalina a jej para v stave dynamickej rovnováhy, keď sa počet molekúl opúšťajúcich kvapalinu rovná počtu molekúl vracajúcich sa do kvapaliny z pary, to znamená, keď sú rýchlosti vyparovania a kondenzácia sú rovnaké. Takýto systém sa nazýva dvojfázový systém. Para, ktorá je v rovnováhe so svojou kvapalinou, sa nazýva nasýtená. Počet molekúl emitovaných z jednotkovej plochy povrchu kvapaliny za jednu sekundu závisí od teploty kvapaliny. Počet molekúl vracajúcich sa z pary do kvapaliny závisí od koncentrácie molekúl pary a od priemernej rýchlosti ich tepelného pohybu, ktorá je určená teplotou pary.

  Vriaci- proces vyparovania v kvapaline (prechod látky z kvapalného do plynného skupenstva), s objavením sa fázových oddelení hraníc. Bod varu pri atmosferický tlak sa zvyčajne uvádza ako jedna z hlavných fyzikálno-chemických charakteristík chemicky čistej látky.

  Varenie sa rozlišuje podľa typu:

  1. varenie s voľnou konvekciou vo veľkom objeme;

  2. varenie pri nútenej konvekcii;

  3. ako aj vo vzťahu k priemernej teplote kvapaliny k teplote nasýtenia:

  4. var kvapaliny podchladenej na teplotu nasýtenia (povrchový var);

  5. var kvapaliny zohriatej na teplotu nasýtenia

  bublina

  Vriaci , v ktorom sa para vytvára vo forme periodicky vznikajúcich a rastúcich bublín, sa nazýva nukleárny var. Pri pomalom varení zárodkov v kvapaline (presnejšie spravidla na stenách alebo na dne nádoby) sa objavujú bubliny naplnené parou. V dôsledku intenzívneho vyparovania kvapaliny vo vnútri bublín rastú, plávajú a para sa uvoľňuje do plynnej fázy nad kvapalinou. V tomto prípade je kvapalina vo vrstve blízko steny v mierne prehriatom stave, t.j. jej teplota presahuje nominálny bod varu. Za normálnych podmienok je tento rozdiel malý (rádovo jeden stupeň).

  Film

  Keď sa tepelný tok zvýši na určitú kritickú hodnotu, jednotlivé bubliny sa spoja a vytvoria súvislú vrstvu pary v blízkosti steny nádoby, ktorá periodicky preniká do objemu kvapaliny. Tento režim sa nazýva filmový režim.

  
  

  ©2015-2019 stránka
  Všetky práva patria ich autorom. Táto stránka si nenárokuje autorstvo, ale poskytuje bezplatné používanie.
  Dátum vytvorenia stránky: 20.08.2016