შინაგანი ენერგია შეიძლება შეიცვალოს შემდეგი გზით. შინაგანი ენერგიის შეცვლის მეთოდები და მათი აღწერა

ამიტომ, სხეულის ტემპერატურის შეცვლით, ჩვენ ვცვლით მის შინაგან ენერგიას. როდესაც სხეული თბება, მისი შინაგანი ენერგია იზრდება, გაციებისას კი მცირდება.

მოდით გავაკეთოთ ექსპერიმენტი. სადგამზე ვამაგრებთ თითბერის თხელკედლიან მილს. ჩაასხით მასში ეთერი და მჭიდროდ დახურეთ საცობით. ახლა მოდით შემოვახვიოთ თოკი მილის გარშემო და დავიწყოთ მილის გახეხვა, სწრაფად ჩავჭიმოთ იგი თოკში ერთი მიმართულებით ან სხვა მიმართულებით. გარკვეული პერიოდის შემდეგ, ეთერთან მილის შიდა ენერგია იმდენად გაიზრდება, რომ ეთერი ადუღდება და მიღებულ ორთქლს გამოაქვს საცობი (სურ. 60).

ეს გამოცდილება აჩვენებს ამას სხეულის შინაგანი ენერგია შეიძლება შეიცვალოს სხეულზე სამუშაოს შესრულებით, კერძოდ, ხახუნით.

ხახუნის გზით ხის ნაჭრის შინაგანი ენერგიის შეცვლით, ჩვენი წინაპრები ცეცხლს ქმნიდნენ. ხის აალების ტემპერატურაა 250 °C. ამიტომ ხანძრის მისაღებად საჭიროა ხის ერთი ნაჭერი მეორეზე გახეხეთ, სანამ მათი ტემპერატურა არ მიაღწევს ამ მნიშვნელობას. ადვილია? როდესაც ჟიულ ვერნის რომანის "იდუმალი კუნძულის" გმირები ცდილობდნენ ამ გზით ცეცხლის გაჩენას, მათ არ გამოუვიდათ.

„ნებისა და პენკროფის მიერ დახარჯული ენერგია რომ გარდაიქმნას სითბოდ, ეს ალბათ საკმარისი იქნებოდა ოკეანეში მიმავალი ორთქლის გემის ქვაბის გასათბობად. მაგრამ მათი ძალისხმევის შედეგი იყო ნულოვანი. ხის ნაჭრები, თუმცა, გაცხელდა. მაგრამ გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე თავად მონაწილეები ეს ოპერაცია.

ერთსაათიანი მუშაობის შემდეგ პენკროფი ოფლში იყო მოსვრილი და შეშის ნატეხები გაღიზიანებულმა გადაყარა და თქვა:
- არ მითხრათ, რომ ველურები ცეცხლს ასე ანათებენ! მირჩევნია დავიჯერო, რომ ზაფხულში თოვს. ალბათ უფრო ადვილია გაანათო საკუთარი ხელისგულები ერთმანეთთან შეხებით“.

მათი წარუმატებლობის მიზეზი ის იყო, რომ ცეცხლი უნდა გამოეწვია არა უბრალოდ ერთი ხის ნაჭერი მეორეზე, არამედ ბასრი ჯოხით ფიცარში გაბურღვით (სურ. 61). შემდეგ, გარკვეული ოსტატობით, შეგიძლიათ გაზარდოთ ტემპერატურა კვერთხის ბუდეში 20 °C-ით 1 წამში. ხოლო ჯოხის წვამდე მიყვანას დასჭირდება მხოლოდ 250/20 = 12,5 წამი!

დღესაც ბევრი ადამიანი ცეცხლს ხახუნის შედეგად „ამუშავებს“ - ასანთის ასანთის კოლოფს ასხამს. რამდენი ხნის წინ გამოჩნდა მატჩები? პირველი (ფოსფორის) ასანთის წარმოება 30-იან წლებში დაიწყო. XIX საუკუნე ფოსფორი ანთებს საკმაოდ დაბალ სითბოზე - მხოლოდ 60 ° C-მდე. ამიტომ, ფოსფორის ასანთის გასანათებლად საკმარისი იყო მისი დარტყმა თითქმის ნებისმიერ ზედაპირზე (დაწყებული უახლოესი კედლიდან და დამთავრებული ჩექმის ზედა ნაწილით). თუმცა, ეს მატჩები ძალიან საშიში იყო: ისინი შხამიანი და ადვილად წვის გამო, ხშირად იწვევდნენ ხანძარს. უსაფრთხოების ასანთი (რომელსაც დღესაც ვიყენებთ) გამოიგონეს 1855 წელს შვედეთში (აქედან გამომდინარე, მათი სახელწოდება "შვედური მატჩები"). ამ მატჩებში ფოსფორი იცვლება სხვა აალებადი ნივთიერებებით.

ასე რომ, ხახუნის საშუალებით შეგიძლიათ გაზარდოთ ნივთიერების ტემპერატურა. სხეულზე სამუშაოს შესრულება(მაგალითად, ტყვიის ნაჭერზე ჩაქუჩით დარტყმა, მავთულის მოღუნვა და მოხსნა, ერთი ობიექტის მეორის ზედაპირზე გადატანა ან ცილინდრში შემავალი გაზის შეკუმშვა დგუშით) ჩვენ ვზრდით მის შინაგან ენერგიას. თუ სხეული თავად ასრულებს სამუშაოს" (შინაგანი ენერგიის გამო), შემდეგ სხეულის შინაგანი ენერგია მცირდება და სხეული კლებულობს.

მოდით დავაკვირდეთ ამას ექსპერიმენტულად. აიღეთ სქელკედლიანი მინის ჭურჭელი და მჭიდროდ დახურეთ ნახვრეტიანი რეზინის საცობით. ამ ხვრელის მეშვეობით, ტუმბოს გამოყენებით, ჩვენ დავიწყებთ ჰაერის გადატუმბვას ჭურჭელში. გარკვეული პერიოდის შემდეგ საცობი ხმაურით გამოფრინდება ჭურჭლიდან და თავად ჭურჭელში ნისლი გაჩნდება (სურ. 62). ნისლის გამოჩენა ნიშნავს, რომ ჭურჭელში ჰაერი გაცივდა და, შესაბამისად, მისი შინაგანი ენერგია შემცირდა. ეს აიხსნება იმით, რომ ჭურჭელში შეკუმშული ჰაერი, რომელიც ამოძრავებდა დანამატს, მუშაობდა მისი შიდა ენერგიის შემცირებით. ამიტომ ჰაერის ტემპერატურა დაეცა.

სხეულის შინაგანი ენერგია შეიძლება შეიცვალოს სამუშაოს გარეშე. მაგალითად, მისი გაზრდა შესაძლებელია გაზქურაზე წყლის ქვაბის გაცხელებით ან ჩაის კოვზის ჩაშვებით ცხელ ჩაის ჭიქაში. ბუხარი, რომელშიც ცეცხლი ანთებულია, მზისგან განათებული სახლის სახურავი და ა.შ.. სხეულების ტემპერატურის მატება ყველა ამ შემთხვევაში ნიშნავს მათი შინაგანი ენერგიის ზრდას, მაგრამ ეს მატება ხდება სამუშაოს შესრულების გარეშე. .

სხეულის შინაგანი ენერგიის ცვლილება სამუშაოს შესრულების გარეშე ეწოდება სითბოს გაცვლა. სითბოს გაცვლა ხდება სხეულებს შორის (ან იმავე სხეულის ნაწილებს შორის), რომლებსაც აქვთ განსხვავებული ტემპერატურა.

როგორ ხდება, მაგალითად, სითბოს გადაცემა ცივი კოვზი ცხელ წყალთან შეხებისას? პირველი, ცხელი წყლის მოლეკულების საშუალო სიჩქარე და კინეტიკური ენერგია აღემატება ლითონის ნაწილაკების საშუალო სიჩქარეს და კინეტიკურ ენერგიას, საიდანაც მზადდება კოვზი. მაგრამ იმ ადგილებში, სადაც კოვზი შედის წყალთან, ცხელი წყლის მოლეკულები იწყებენ თავიანთი კინეტიკური ენერგიის ნაწილის კოვზის ნაწილაკებზე გადატანას და ისინი უფრო სწრაფად იწყებენ მოძრაობას. წყლის მოლეკულების კინეტიკური ენერგია მცირდება, ხოლო კოვზის ნაწილაკების კინეტიკური ენერგია იზრდება. ენერგიასთან ერთად ტემპერატურაც იცვლება: წყალი თანდათან კლებულობს, კოვზი თბება. მათი ტემპერატურა იცვლება მანამ, სანამ ერთნაირი არ გახდება როგორც წყალში, ასევე კოვზში.

სითბოს გაცვლის დროს ერთი სხეულიდან მეორეში გადაცემული შინაგანი ენერგიის ნაწილი აღინიშნება ასოთი და ე.წ სითბოს რაოდენობა.
Q არის სითბოს რაოდენობა.

სითბოს რაოდენობა არ უნდა აგვერიოს ტემპერატურასთან. ტემპერატურა იზომება გრადუსით, ხოლო სითბოს რაოდენობა (როგორც ნებისმიერი სხვა ენერგია) იზომება ჯოულებში.

როდესაც სხვადასხვა ტემპერატურის მქონე სხეულები კონტაქტშია, უფრო ცხელი სხეული გამოსცემს გარკვეულ სითბოს და ცივი სხეული იღებს მას.

ამრიგად, შინაგანი ენერგიის შეცვლის ორი გზა არსებობს: 1) სამუშაოს კეთებადა 2) სითბოს გაცვლა. ამ მეთოდებიდან პირველის განხორციელებისას სხეულის შინაგანი ენერგია იცვლება A სამუშაოს რაოდენობით, ხოლო მეორის განხორციელებისას - გადაცემული Q სითბოს ოდენობის ტოლი რაოდენობით.

საინტერესოა, რომ ორივე მეთოდმა შეიძლება გამოიწვიოს ზუსტად იგივე შედეგები. აქედან გამომდინარე, შეუძლებელია იმის დადგენა, თუ რომელი მეთოდით იქნა მიღწეული საბოლოო შედეგით. ამრიგად, მაგიდიდან გახურებული ფოლადის ქსოვის ნემსის აღებით, ჩვენ ვერ ვიტყვით, როგორ გაცხელდა - ხახუნით ან ცხელ სხეულთან შეხებით. პრინციპში, ეს შეიძლება იყოს ერთი ან მეორე.

1. დაასახელეთ სხეულის შინაგანი ენერგიის შეცვლის ორი გზა. 2. მოიყვანეთ სხეულის შინაგანი ენერგიის გაზრდის მაგალითები მასზე მუშაობის შესრულებით. 3. მოიყვანეთ მაგალითები სითბოს გაცვლის შედეგად სხეულის შინაგანი ენერგიის მატებისა და შემცირების შესახებ. 4. რა არის სითბოს რაოდენობა? როგორ არის დანიშნული? 5. რა ერთეულებით იზომება სითბოს რაოდენობა? 6. რა გზებით შეიძლება ცეცხლის გაჩენა? 7. როდის დაიწყო ასანთის წარმოება?

დაჭერით მონეტა ან ფოლგის ნაჭერი მუყაოზე ან ხის ნაჭერზე. როდესაც გააკეთეთ ჯერ 10, შემდეგ 20 და ა.შ მოძრაობა ამა თუ იმ მიმართულებით, შენიშნეთ რა ემართება სხეულების ტემპერატურას ხახუნის დროს. როგორ არის დამოკიდებული სხეულის შინაგანი ენერგიის ცვლილება შესრულებული სამუშაოს რაოდენობაზე?

წარმოდგენილია მკითხველების მიერ ინტერნეტ საიტებიდან

უფასო ელექტრონული პუბლიკაციები, ფიზიკის ბიბლიოთეკა, ფიზიკის გაკვეთილები, ფიზიკის პროგრამა, ფიზიკის გაკვეთილის ჩანაწერები, ფიზიკის სახელმძღვანელოები, მზა საშინაო დავალება

გაკვეთილის შინაარსი გაკვეთილის შენიშვნებიდამხმარე ჩარჩო გაკვეთილის პრეზენტაციის აჩქარების მეთოდები ინტერაქტიული ტექნოლოგიები ივარჯიშე ამოცანები და სავარჯიშოები თვითშემოწმების სემინარები, ტრენინგები, შემთხვევები, კვესტები საშინაო დავალების განხილვის კითხვები რიტორიკული კითხვები სტუდენტებისგან ილუსტრაციები აუდიო, ვიდეო კლიპები და მულტიმედიაფოტოები, ნახატები, გრაფიკა, ცხრილები, დიაგრამები, იუმორი, ანეგდოტები, ხუმრობები, კომიქსები, იგავი, გამონათქვამები, კროსვორდები, ციტატები დანამატები რეფერატებისტატიების ხრიკები ცნობისმოყვარე საწოლებისთვის სახელმძღვანელოები ძირითადი და ტერმინების დამატებითი ლექსიკონი სხვა სახელმძღვანელოების და გაკვეთილების გაუმჯობესებასახელმძღვანელოში არსებული შეცდომების გასწორებასახელმძღვანელოში ფრაგმენტის განახლება, გაკვეთილზე ინოვაციის ელემენტები, მოძველებული ცოდნის ახლით ჩანაცვლება მხოლოდ მასწავლებლებისთვის სრულყოფილი გაკვეთილებიწლის კალენდარული გეგმა, მეთოდოლოგიური რეკომენდაციები, სადისკუსიო პროგრამები ინტეგრირებული გაკვეთილები

სხეულის შინაგანი ენერგია არ არის რაიმე სახის მუდმივი მნიშვნელობა. ის შეიძლება შეიცვალოს იმავე სხეულში.

ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება სხეულის შინაგანი ენერგია, ვინაიდან მოლეკულების მოძრაობის საშუალო სიჩქარე იზრდება.

შესაბამისად, იზრდება ამ სხეულის მოლეკულების კინეტიკური ენერგია. ტემპერატურის კლებასთან ერთად, პირიქით, მცირდება სხეულის შინაგანი ენერგია.

ამრიგად, სხეულის შინაგანი ენერგია იცვლება, როდესაც იცვლება მოლეკულების მოძრაობის სიჩქარე.

შევეცადოთ გაერკვნენ, თუ როგორ გავზარდოთ ან შევამციროთ მოლეკულების მოძრაობის სიჩქარე. ამისათვის მოდით გავაკეთოთ შემდეგი ექსპერიმენტი. სადგამზე დავამაგროთ თითბერის თხელკედლიანი მილი (სურ. 3). მილში ჩაასხით ცოტაოდენი ეთერი და დახურეთ საცობით. შემდეგ მილს თოკით მოვახვევთ და დავიწყებთ სწრაფ გადაადგილებას ერთი მიმართულებით, შემდეგ მეორეში. გარკვეული პერიოდის შემდეგ, ეთერი ადუღდება და ორთქლი ამოიღებს შტეფსელს. გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ ეთერის შინაგანი ენერგია გაიზარდა: ის ხომ გაცხელდა და ადუღდა კიდეც.

ბრინჯი. 3. სხეულის შინაგანი ენერგიის გაზრდა მასზე მუშაობისას

შინაგანი ენერგიის მატება მოხდა მილის თოკით გახეხვისას ჩატარებული სამუშაოს შედეგად.

სხეულების გათბობა ასევე ხდება ზემოქმედების, გაფართოებისა და მოხრის დროს, ანუ დეფორმაციის დროს. სხეულის შინაგანი ენერგია ყველა ზემოთ ჩამოთვლილ მაგალითში იზრდება.

აქედან გამომდინარე, სხეულის შინაგანი ენერგია შეიძლება გაიზარდოს სხეულზე მუშაობისას.

თუ სხეული თავად აკეთებს სამუშაოს, მაშინ ის შინაგანი ენერგია მცირდება.

მოდით გავაკეთოთ შემდეგი ექსპერიმენტი.

ჰაერს სქელკედლიან შუშის ჭურჭელში, საცობით დახურულში, მასში სპეციალური ნახვრეტით ვატუმბავთ (სურ. 4).

ბრინჯი. 4. სხეულის შინაგანი ენერგიის დაქვეითება, როცა სამუშაოს თავად სხეული ასრულებს

გარკვეული პერიოდის შემდეგ, კორპის ჭურჭლიდან ამოვარდება. იმ მომენტში, როდესაც კორპის ჭურჭელი ამოდის კონტეინერიდან, იქმნება ნისლი. მისი გარეგნობა ნიშნავს, რომ ჭურჭელში ჰაერი გაცივდა. ჭურჭელში შეკუმშული ჰაერი, რომელიც ამოძრავებს დანამატს, მუშაობს. ამ საქმეს ის შინაგანი ენერგიის ხარჯზე აკეთებს, რომელიც იკლებს. შინაგანი ენერგიის შემცირების შესახებ შეიძლება ვიმსჯელოთ ჭურჭელში ჰაერის გაგრილებით. Ისე, სხეულის შინაგანი ენერგია შეიძლება შეიცვალოს სამუშაოს შესრულებისას.

სხეულის შინაგანი ენერგია შეიძლება შეიცვალოს სხვა გზით, სამუშაოს შესრულების გარეშე. მაგალითად, ქურაზე დადებულ ქვაბში წყალი დუღს. ოთახში ჰაერი და სხვადასხვა საგნები თბება ცენტრალური გათბობის რადიატორით, სახლების სახურავები თბება მზის სხივებით და ა.შ. ყველა ამ შემთხვევაში სხეულების ტემპერატურა მატულობს, რაც ნიშნავს მათი შინაგანი ენერგიის მატებას. მაგრამ სამუშაო არ სრულდება.

ნიშნავს, შინაგანი ენერგიის ცვლილება შეიძლება მოხდეს არა მხოლოდ შესრულებული სამუშაოს შედეგად.

როგორ ავხსნათ შინაგანი ენერგიის ზრდა ამ შემთხვევებში?

განვიხილოთ შემდეგი მაგალითი.

ჩადეთ ლითონის ქსოვის ნემსი ჭიქა ცხელ წყალში. ცხელი წყლის მოლეკულების კინეტიკური ენერგია უფრო მეტია, ვიდრე ცივი ლითონის ნაწილაკების კინეტიკური ენერგია. ცხელი წყლის მოლეკულები ცივ ლითონის ნაწილაკებთან ურთიერთობისას გადასცემს მათ კინეტიკური ენერგიის ნაწილს. ამის შედეგად წყლის მოლეკულების ენერგია საშუალოდ შემცირდება, ხოლო ლითონის ნაწილაკების ენერგია გაიზრდება. წყლის ტემპერატურა დაიკლებს და ლითონის სპიკერის ტემპერატურა თანდათან მოიმატებს. გარკვეული დროის შემდეგ მათი ტემპერატურა გათანაბრდება. ეს გამოცდილება ცხადყოფს სხეულის შინაგანი ენერგიის ცვლილებას.

Ისე, სხეულების შინაგანი ენერგია შეიძლება შეიცვალოს სითბოს გადაცემით.

შინაგანი ენერგიის შეცვლის პროცესს სხეულზე ან თავად სხეულზე მუშაობის გარეშე ეწოდება სითბოს გადაცემა.

სითბოს გადაცემა ყოველთვის ხდება გარკვეული მიმართულებით: უფრო მაღალი ტემპერატურის მქონე სხეულებიდან დაბალი ტემპერატურის მქონე სხეულებამდე.

როდესაც სხეულის ტემპერატურა გათანაბრდება, სითბოს გადაცემა ჩერდება.

სხეულის შინაგანი ენერგია შეიძლება შეიცვალოს ორი გზით: მექანიკური სამუშაოების შესრულებით ან სითბოს გადაცემით.

სითბოს გადაცემა, თავის მხრივ, შეიძლება განხორციელდეს: 1) თბოგამტარობა; 2) კონვექცია; 3) რადიაცია.

კითხვები

1. სურათი 3-ის გამოყენებით უთხარით, როგორ იცვლება სხეულის შინაგანი ენერგია მასზე მუშაობისას.
2. აღწერეთ ექსპერიმენტი, რომელიც აჩვენებს, რომ სხეულს შეუძლია შეასრულოს მუშაობა შინაგანი ენერგიის გამოყენებით.
3. მიეცით სხეულის შინაგანი ენერგიის ცვლილების მაგალითები სითბოს გადაცემით.
4. ახსენით ნივთიერების მოლეკულური აგებულების საფუძველზე ცხელ წყალში ჩაძირული ქსოვის ნემსის გათბობა.
5. რა არის სითბოს გადაცემა?
6. რა არის სხეულის შინაგანი ენერგიის შეცვლის ორი გზა?

სავარჯიშო 2

1. ხახუნის ძალა მოქმედებს სხეულზე. იცვლება თუ არა სხეულის შინაგანი ენერგია? რა ნიშნებით შეგვიძლია ვიმსჯელოთ ამაზე?
2. სწრაფი რაპელის დროს ხელები ცხელდება. ახსენით, რატომ ხდება ეს.

ვარჯიში

მოათავსეთ მონეტა პლაივუდის ნაჭერზე ან ხის დაფაზე. დააჭირეთ მონეტა დაფას და სწრაფად გადაიტანეთ ერთი მიმართულებით ან სხვა მიმართულებით. ყურადღება მიაქციეთ რამდენჯერ გჭირდებათ მონეტა გადაადგილება, რათა ის თბილი და ცხელი იყოს. გამოიტანეთ დასკვნა შესრულებულ სამუშაოსა და სხეულის შინაგანი ენერგიის მატებას შორის კავშირის შესახებ.

ფიზიკის გაკვეთილი მე-8 კლასში თემაზე: "შინაგანი ენერგია. შინაგანი ენერგიის შეცვლის გზები"

გაკვეთილის მიზნები:

• მატერიის სტრუქტურის MCT-ზე დაფუძნებული „სხეულის შინაგანი ენერგიის“ კონცეფციის ფორმირება.
• სხეულის შინაგანი ენერგიის შეცვლის გზების გაცნობა.
• "სითბოს გადაცემის" კონცეფციის ჩამოყალიბება და მატერიის სტრუქტურის MCT ცოდნის გამოყენების უნარი თერმული ფენომენების ახსნაში.
• ფიზიკისადმი ინტერესის განვითარება ბუნებასა და ტექნოლოგიაში თერმული ფენომენების გამოვლენის საინტერესო მაგალითების დემონსტრირების გზით.
• თერმული ფენომენების შესწავლის აუცილებლობის დასაბუთება ამ ცოდნის ყოველდღიურ ცხოვრებაში გამოსაყენებლად.
• მოსწავლეთა საინფორმაციო და საკომუნიკაციო კომპეტენციების განვითარება.

გაკვეთილის ტიპი. კომბინირებული გაკვეთილი.

გაკვეთილის ტიპი. გაკვეთილი - პრეზენტაცია

გაკვეთილის ფორმატი.ინტერაქტიული საუბარი, საჩვენებელი ექსპერიმენტი, ამბავი, დამოუკიდებელი მუშაობა

მოსწავლეთა მუშაობის ფორმები.გუნდური მუშაობა, ინდივიდუალური მუშაობა, ჯგუფური მუშაობა.

აღჭურვილობა: ელექტრონული პრეზენტაცია „შინაგანი ენერგია. შინაგანი ენერგიის შეცვლის მეთოდები“, კომპიუტერი, პროექტორი.

გაკვეთილების დროს

ორგანიზების დრო.Საღამო მშვიდობისა დღეს გაკვეთილზე გავეცნობით ენერგიის სხვა ტიპს, გავარკვევთ რაზეა დამოკიდებული და როგორ შეიძლება მისი შეცვლა.

ცოდნის განახლება.

• ძირითადი ცნებების გამეორება: ენერგია, კინეტიკური და პოტენციური ენერგია, მექანიკური მუშაობა.

ახალი მასალის სწავლა.

მასწავლებელი . გარდა ზემოთ ნახსენები ცნებებისა, ისიც უნდა გვახსოვდეს, რომ ორი ტიპიმექანიკური ენერგიაშეიძლება გარდაიქმნას (გადასვლა) ერთმანეთში, მაგალითად, როდესაც სხეული ეცემა. განვიხილოთ თავისუფლად ჩამოვარდნილი ბურთი. ცხადია, დაცემისას მისი სიმაღლე ზედაპირზე მცირდება და სიჩქარე იზრდება, ეს ნიშნავს, რომ მცირდება მისი პოტენციური ენერგია და იზრდება მისი კინეტიკური ენერგია. უნდა გვესმოდეს, რომ ეს ორი პროცესი ცალ-ცალკე არ ხდება, ისინი ურთიერთკავშირშია და ამას ამბობენპოტენციური ენერგია გადაიქცევა კინეტიკურ ენერგიად.

იმის გასაგებად, თუ რა არის სხეულის შინაგანი ენერგია, საჭიროა პასუხი გავცეთ შემდეგ კითხვას: რისგან შედგება ყველა სხეული?

სტუდენტები . სხეულები შედგება ნაწილაკებისგან, რომლებიც განუწყვეტლივ მოძრაობენ ქაოტურად და ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან.

მასწავლებელი . და თუ ისინი მოძრაობენ და ურთიერთქმედებენ, მაშინ მათ აქვთ კინეტიკური და პოტენციური ენერგია, რომლებიც ქმნიან შინაგან ენერგიას.

სტუდენტები. გამოდის, რომ ყველა სხეულს აქვს ერთი და იგივე შინაგანი ენერგია, რაც ნიშნავს, რომ ტემპერატურა იგივე უნდა იყოს. მაგრამ ეს ასე არ არის.

მასწავლებელი. Რათქმაუნდა არა. სხეულებს აქვთ სხვადასხვა შინაგანი ენერგია და ჩვენ შევეცდებით გავარკვიოთ რაზეა დამოკიდებული სხეულის შინაგანი ენერგია და რაზე არა.

განმარტება.

Კინეტიკური ენერგიანაწილაკების მოძრაობა დაპოტენციური ენერგიამათი ურთიერთქმედება წარმოადგენსსხეულის შინაგანი ენერგია.

შინაგანი ენერგია აღინიშნებადა ის იზომება, ისევე როგორც ყველა სხვა ტიპის ენერგია, J (ჯოულებში).

შესაბამისად, ჩვენ გვაქვს სხეულის შინაგანი ენერგიის ფორმულა:. სად ქვეშ ეხება სხეულის ნაწილაკების კინეტიკურ ენერგიას და მიერ- მათი პოტენციური ენერგია.

გავიხსენოთ წინა გაკვეთილი, რომელშიც ვისაუბრეთ იმაზე, რომ სხეულის ნაწილაკების მოძრაობა ხასიათდება მისი ტემპერატურით, მეორეს მხრივ, სხეულის შინაგანი ენერგია დაკავშირებულია სხეულის მოძრაობის ბუნებასთან (აქტივობასთან). ნაწილაკები. ამრიგად, შინაგანი ენერგია და ტემპერატურა ურთიერთდაკავშირებული ცნებებია. როდესაც სხეულის ტემპერატურა იზრდება, მისი შინაგანი ენერგიაც მატულობს, კლებისას კი იკლებს.

ჩვენ გავარკვიეთ, რომ სხეულის შინაგანი ენერგია შეიძლება შეიცვალოს. მოდით განვიხილოთ სხეულის შინაგანი ენერგიის შეცვლის გზები.

თქვენ უკვე იცნობთ სხეულის მექანიკური მუშაობის ცნებას, ის ასოცირდება სხეულის მოძრაობასთან, როდესაც მასზე გარკვეული ძალა მოქმედებს. თუ შესრულებულია მექანიკური სამუშაო, მაშინ იცვლება სხეულის ენერგია და იგივე შეიძლება ითქვას კონკრეტულად სხეულის შინაგან ენერგიაზე. მოსახერხებელია ამის გამოსახვა დიაგრამაში:

მასწავლებელი ხახუნის გზით სხეულის შინაგანი ენერგიის გაზრდის მეთოდი ხალხისთვის ცნობილი იყო უძველესი დროიდან. ასე აანთო ხალხი ცეცხლს. სახელოსნოებში მუშაობისას, მაგალითად, ნაწილების ფაილით გადაბრუნებისას, რას შეიძლება დააკვირდეთ? (ნაწილები გაცხელდა). როცა ადამიანი ცივა, უნებურად იწყებს კანკალს. Რატომ ფიქრობ? (კანკალის დროს ხდება კუნთების შეკუმშვა. კუნთების მუშაობის გამო სხეულის შინაგანი ენერგია მატულობს და თბება). რა დასკვნის გაკეთება შეიძლება ნათქვამიდან?

სტუდენტები . სხეულის შინაგანი ენერგია იცვლება სამუშაოს შესრულებისას. თუ სხეული თავად ასრულებს მუშაობას, მისი შინაგანი ენერგია მცირდება, ხოლო თუ მასზე მუშაობა კეთდება, მაშინ მისი შინაგანი ენერგია იზრდება.

მასწავლებელი . ტექნოლოგიაში, მრეწველობაში და ყოველდღიურ პრაქტიკაში სამუშაოს შესრულებისას მუდმივად ვაწყდებით სხეულის შინაგან ენერგიაში ცვლილებებს: სხეულების გაცხელება გაყალბებისას, დარტყმის დროს; სამუშაოს შესრულება შეკუმშული ჰაერით ან ორთქლით.

ცოტა დავისვენოთ და ამავდროულად გავიგოთ რამდენიმე საინტერესო ფაქტი თერმული ფენომენების ისტორიიდან (ორი სტუდენტი გვაძლევს წინასწარ მომზადებულ მოკლე შეტყობინებას).

შეტყობინება 1. როგორ ახდენდნენ სასწაულებს.

ძველი ბერძენი მექანიკოსი ჰერონ ალექსანდრიელი, გამომგონებელი შადრევანი, რომელიც მის სახელს ატარებს, დაგვიტოვა ორი ეშმაკური ხერხის აღწერა, რომლითაც ეგვიპტელმა მღვდლებმა მოატყუეს ხალხი სასწაულების რწმენით.
სურათზე 1 ხედავთ ლითონის ღრუ საკურთხეველს და მის ქვეშ ჩაფლულ მექანიზმს, რომელიც მოძრაობს ტაძრის კარებს. საკურთხეველი მის გარეთ იდგა. ცეცხლის დანთებისას საკურთხევლის შიგნით არსებული ჰაერი გახურების გამო მეტ წნევას აყენებს იატაკის ქვეშ დამალულ ჭურჭელში არსებულ წყალს; ჭურჭლიდან წყალი ძალით გამოდის მილის მეშვეობით და ასხამენ ვედროში, რომელიც დაშვებისას ააქტიურებს მექანიზმს, რომელიც ატრიალებს კარებს (ნახ. 2). გაოგნებული მაყურებლები, რომლებმაც არ იციან იატაკის ქვეშ დამალული ინსტალაციის შესახებ, ხედავენ "სასწაულს" მათ წინაშე: როგორც კი ცეცხლი აინთება საკურთხეველზე, ტაძრის კარები, "მოისმენენ მღვდლის ლოცვას", იშლება. თუ თავისთავად...

ეგვიპტელი მღვდლების „სასწაულის“ მხილება: ტაძრის კარები იხსნება სამსხვერპლო ცეცხლის მოქმედებით.

შეტყობინება 2. როგორ ახდენდნენ სასწაულებს.

მღვდლების მიერ შესრულებული კიდევ ერთი წარმოსახვითი სასწაული ნაჩვენებია ნახ. 3. როცა საკურთხეველზე ალი აინთება, ჰაერი, ფართოვდება, ქვედა რეზერვუარიდან ზეთს მღვდლების ფიგურებში ჩამალულ მილებში ამოაქვს, შემდეგ კი ზეთი სასწაულებრივად ემატება ცეცხლს... მაგრამ როგორც კი ამ სამსხვერპლოზე პასუხისმგებელმა მღვდელმა ჩუმად ამოიღო საცობი სახურავის რეზერვუარიდან - და ზეთის გამონადენი შეწყდა (რადგან ზედმეტი ჰაერი თავისუფლად გადიოდა ხვრელიდან); მღვდლები ამ ხრიკს მაშინ მიმართავდნენ, როცა თაყვანისმცემელთა შესაწირავი ძალიან მწირი იყო.

მასწავლებელი. რამდენად კარგად ვიცნობთ დილის ჩაის! ძალიან სასიამოვნოა ჩაის მოდუღება, ჭიქაში შაქრის ჩასხმა და პატარა კოვზით დალევა. ცუდი მხოლოდ ერთია - კოვზი ძალიან ცხელია! რა დაემართა კოვზს? რატომ გაიზარდა მისი ტემპერატურა? რატომ გაიზარდა მისი შინაგანი ენერგია? გავაკეთეთ ამაზე მუშაობა?

სტუდენტები . არა, მათ არ გააკეთეს.

მასწავლებელი . მოდით გავარკვიოთ, რატომ მოხდა შინაგანი ენერგიის ცვლილება.

თავდაპირველად, წყლის ტემპერატურა უფრო მაღალია, ვიდრე კოვზის ტემპერატურა და, შესაბამისად, წყლის მოლეკულების სიჩქარე უფრო დიდია. ეს ნიშნავს, რომ წყლის მოლეკულებს აქვთ მეტი კინეტიკური ენერგია, ვიდრე ლითონის ნაწილაკები, საიდანაც მზადდება კოვზი. როდესაც ისინი ეჯახებიან ლითონის ნაწილაკებს, წყლის მოლეკულები გადასცემს მათ ენერგიის ნაწილს და ლითონის ნაწილაკების კინეტიკური ენერგია იზრდება და წყლის მოლეკულების კინეტიკური ენერგია მცირდება. სხეულების შინაგანი ენერგიის შეცვლის ამ მეთოდს ე.წსითბოს გადაცემა . ჩვენს ყოველდღიურ ცხოვრებაში ხშირად ვხვდებით ამ ფენომენს. მაგალითად, წყალში, მიწაზე წოლისას ან თოვლში, სხეული კლებულობს, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს გაციება ან მოყინვა. ძლიერი ყინვის დროს, იხვები ნებით ცოცდებიან წყალში. Რატომ ფიქრობ? (ძლიერი ყინვის დროს წყლის ტემპერატურა მნიშვნელოვნად აღემატება გარემოს ჰაერის ტემპერატურას, ამიტომ ფრინველი წყალში ნაკლებად გაცივდება, ვიდრე ჰაერში.სითბოს გადაცემა რამდენიმე გზით ხდება, მაგრამ ამაზე მომდევნო გაკვეთილზე ვისაუბრებთ.

ამრიგად, შიდა ენერგიის შეცვლის ორი შესაძლო გზა არსებობს. რომელი?

სტუდენტები . სამუშაო შესრულება და სითბოს გადაცემა.

შესწავლილი მასალის კონსოლიდაცია.ახლა ვნახოთ, რამდენად კარგად ისწავლეთ ახალი მასალა დღევანდელი გაკვეთილიდან.. მე დაგისვამ კითხვებს, თქვენ კი ეცდებით უპასუხოთ.

კითხვა 1 . ერთ ჭიქაში ცივ წყალს ასხამენ, მეორეში ამდენივე მდუღარე წყალს ასხამენ. რომელ ჭიქაში აქვს წყალს მეტი შინაგანი ენერგია? (მეორეში, რადგან მისი ტემპერატურა უფრო მაღალია).

კითხვა 2. ორ სპილენძის ზოდს აქვს იგივე ტემპერატურა, მაგრამ ერთის მასა 1 კგ, ხოლო მეორის 0,5 კგ. მოცემული ორი ზოლიდან რომელს აქვს უფრო დიდი შინაგანი ენერგია? (პირველი, რადგან მისი მასა უფრო დიდია).

კითხვა 3. ჩაქუჩი ცხელდება, როდესაც მას ურტყამს, მაგალითად, კოჭზე და როცა მზეზე წევს ზაფხულის ცხელ დღეს. დაასახელეთ ჩაქუჩის შიდა ენერგიის შეცვლის გზები ორივე შემთხვევაში. (პირველ შემთხვევაში კეთდება სამუშაო, მეორეში კი სითბოს გადაცემა).

კითხვა 4 . წყალი შეედინება ლითონის ჭიქაში. ჩამოთვლილთაგან რომელი იწვევს წყლის შიდა ენერგიის ცვლილებას? (13)

1. წყლის გაცხელება ცხელ ღუმელზე.
2. წყალზე სამუშაოს შესრულება, კათხასთან ერთად მისი წინ გადაადგილება.
3. შეასრულეთ მუშაობა წყალზე მიქსერით შერევით.

მასწავლებელი . ახლა კი გირჩევთ, დამოუკიდებლად იმუშაოთ. (მოსწავლეები იყოფა 6 ჯგუფად, შემდგომი სამუშაოები განხორციელდება ჯგუფებად). თქვენს წინაშე არის ფურცელი სამი დავალებით.

სავარჯიშო 1. რა არის სხეულების შინაგანი ენერგიის ცვლილების მიზეზი შემდეგ მოვლენებში:

1. წყლის გათბობა ქვაბით;
2. მაცივარში მოთავსებული გამაგრილებელი საკვები;
3. ასანთის ანთება ყუთში დარტყმისას;
4. დედამიწის ხელოვნური თანამგზავრების ძლიერი გათბობა და წვა, როდესაც ისინი შედიან ატმოსფეროს ქვედა მკვრივ ფენებში;
5. თუ მავთულს ერთსა და იმავე ადგილას სწრაფად მოახვევთ, ჯერ ერთი მიმართულებით, შემდეგ მეორეში, მაშინ ეს ადგილი ძალიან ცხელდება;
6. საჭმლის მომზადება;
7. თუ სწრაფად ჩამოცურავთ ბოძს ან თოკს, ​​შეგიძლიათ დაწვათ ხელები;
8. ზაფხულის ცხელ დღეს აუზის წყლის გათბობა;
9. ფრჩხილის დაჭერისას მისი თავი თბება;
10. ასანთი იფეთქება, როცა სანთლის ცეცხლში მოთავსდება.

ორი ჯგუფისთვის – ხახუნით; დანარჩენი ორი ჯგუფი - ზემოქმედების დროს და კიდევ ორი ​​ჯგუფი - შეკუმშვისას.

ანარეკლი.

• რა ახალი ან საინტერესო რამ ისწავლეთ დღეს კლასში?
• როგორ ისწავლეთ თქვენს მიერ გაშუქებული მასალა?
• რა სირთულეები იყო? მოახერხეთ მათი დაძლევა?
• გამოგადგებათ დღევანდელ გაკვეთილზე მიღებული ცოდნა?

გაკვეთილის შეჯამება.დღეს ჩვენ გავეცანით განყოფილების „თერმული ფენომენების“ ძირითად ცნებებს: შინაგანი ენერგია და სითბოს გადაცემა და გავეცანით სხეულების შინაგანი ენერგიის შეცვლის გზებს. მიღებული ცოდნა დაგეხმარებათ ახსნათ და იწინასწარმეტყველოთ თერმული პროცესების მიმდინარეობა, რომელსაც შეგხვდებით თქვენს ცხოვრებაში.

Საშინაო დავალება. § 2, 3. ექსპერიმენტული ამოცანები:

1. გამოიყენეთ სახლის თერმომეტრი ქილაში ან ბოთლში ჩასხმული წყლის ტემპერატურის გასაზომად.
   ჭურჭელი მჭიდროდ დახურეთ და ენერგიულად შეანჯღრიეთ 10-15 წუთის განმავლობაში, შემდეგ კვლავ გაზომეთ ტემპერატურა.
   ხელებიდან სითბოს გადაცემის თავიდან ასაცილებლად, ატარეთ ხელთათმანები ან გადაიტანეთ ჭურჭელი პირსახოცში.
   შინაგანი ენერგიის შეცვლის რა მეთოდს იყენებდით? ახსენი.
2. აიღეთ რგოლით შეკრული რეზინა, წაისვით შუბლზე და დააფიქსირეთ მისი ტემპერატურა. თითებით მოჭერით რეზინი, ენერგიულად გაჭიმეთ იგი რამდენჯერმე და დაჭიმვისას ისევ შუბლზე დააწექით. გამოიტანეთ დასკვნა ტემპერატურისა და ცვლილების გამომწვევი მიზეზების შესახებ.

გადახედვა:

პრეზენტაციის გადახედვის გამოსაყენებლად შექმენით Google ანგარიში და შედით:

შინაგანი ენერგია შეიძლება შეიცვალოს ორი გზით.

თუ სხეულზე მუშაობა კეთდება, მისი შინაგანი ენერგია იზრდება.

თუ სხეული თავად ასრულებს სამუშაოს, მისი შინაგანი ენერგია მცირდება.

სითბოს გადაცემის სამი მარტივი (ელემენტარული) ტიპი არსებობს:

თბოგამტარობა

კონვექცია

კონვექცია არის სითბოს გადაცემის ფენომენი სითხეებში ან აირებში, ან მარცვლოვან მედიაში მატერიის ნაკადებით. არსებობს ე.წ ბუნებრივი კონვექცია, რომელიც ხდება სპონტანურად ნივთიერებაში, როდესაც ის არათანაბრად თბება გრავიტაციულ ველში. ასეთი კონვექციით ნივთიერების ქვედა ფენები თბება, მსუბუქდება და ცურავს, ზედა ფენები კი პირიქით გაცივდება, მძიმდება და იძირება, რის შემდეგაც პროცესი მეორდება ისევ და ისევ.

თერმული გამოსხივება ან გამოსხივება არის ენერგიის გადაცემა ერთი სხეულიდან მეორეზე ელექტრომაგნიტური ტალღების სახით მათი თერმული ენერგიის გამო.

იდეალური გაზის შიდა ენერგია

იდეალური გაზის განსაზღვრებიდან გამომდინარე, მას არ გააჩნია შიდა ენერგიის პოტენციური კომპონენტი (არ არსებობს მოლეკულური ურთიერთქმედების ძალები, გარდა შოკისა). ამრიგად, იდეალური გაზის შიდა ენერგია წარმოადგენს მხოლოდ მისი მოლეკულების მოძრაობის კინეტიკურ ენერგიას. ადრე (განტოლება 2.10) აჩვენეს, რომ გაზის მოლეკულების მთარგმნელობითი მოძრაობის კინეტიკური ენერგია პირდაპირპროპორციულია მისი აბსოლუტური ტემპერატურისა.

უნივერსალური აირის მუდმივის (4.6) გამოხატვის გამოყენებით შეგვიძლია განვსაზღვროთ α მუდმივის მნიშვნელობა.

ამრიგად, იდეალური აირის ერთი მოლეკულის მთარგმნელობითი მოძრაობის კინეტიკური ენერგია განისაზღვრება გამოხატვით.

კინეტიკური თეორიის შესაბამისად, ენერგიის განაწილება თავისუფლების ხარისხებზე ერთგვაროვანია. თარგმანის მოძრაობას აქვს თავისუფლების 3 გრადუსი. შესაბამისად, გაზის მოლეკულის მოძრაობის თავისუფლების ერთი ხარისხი შეადგენს მისი კინეტიკური ენერგიის 1/3-ს.

ორი, სამი და პოლიატომური აირის მოლეკულებისთვის, გარდა მთარგმნელობითი მოძრაობის თავისუფლების ხარისხებისა, არსებობს მოლეკულის ბრუნვის მოძრაობის თავისუფლების ხარისხი. დიატომური გაზის მოლეკულებისთვის ბრუნვის მოძრაობის თავისუფლების ხარისხი არის 2, სამი და პოლიატომური მოლეკულებისთვის - 3.

ვინაიდან მოლეკულის მოძრაობის ენერგიის განაწილება თავისუფლების ყველა ხარისხზე ერთგვაროვანია და მოლეკულების რაოდენობა გაზის ერთ კილომოლში უდრის Nμ, იდეალური აირის ერთი კილომოლის შიდა ენერგია შეიძლება მივიღოთ გამოხატვის გამრავლებით. (4.11) ერთ კილომოლში მოლეკულების რაოდენობით და მოცემული აირის მოლეკულის მოძრაობის თავისუფლების ხარისხით.

სადაც Uμ არის კილომოლი აირის შიდა ენერგია J/kmol-ში, i არის გაზის მოლეკულის თავისუფლების ხარისხების რაოდენობა.

1-ისთვის - ატომური გაზი i = 3, 2-ისთვის - ატომური გაზი i = 5, 3-სთვის - ატომური და პოლიატომური აირები i = 6.

Ელექტროობა. ელექტრული დენის არსებობის პირობები. EMF. ომის კანონი სრული წრედისთვის. სამუშაო და მიმდინარე სიმძლავრე. ჯოულ-ლენცის კანონი.

ელექტრული დენის არსებობისთვის აუცილებელ პირობებს შორისაა: გარემოში თავისუფალი ელექტრული მუხტების არსებობა და გარემოში ელექტრული ველის შექმნა. ელექტრული ველი გარემოში აუცილებელია თავისუფალი მუხტების მიმართული მოძრაობის შესაქმნელად. როგორც ცნობილია, E ინტენსივობის ელექტრულ ველში q მუხტზე მოქმედებს ძალა F = qE, რაც იწვევს თავისუფალი მუხტების მოძრაობას ელექტრული ველის მიმართულებით. დირიჟორში ელექტრული ველის არსებობის ნიშანია დირიჟორის ნებისმიერ ორ წერტილს შორის არანულოვანი პოტენციალის სხვაობის არსებობა.

თუმცა, ელექტრული ძალები ვერ ინარჩუნებენ ელექტრული დენის დიდი ხნის განმავლობაში. ელექტრული მუხტების მიმართული მოძრაობა გარკვეული დროის შემდეგ იწვევს გამტარის ბოლოებზე პოტენციალების გათანაბრებას და, შესაბამისად, მასში ელექტრული ველის გაქრობას. ელექტრულ წრეში დენის შესანარჩუნებლად, მუხტებმა კულონური ძალების გარდა უნდა დაექვემდებაროს არაელექტრული ხასიათის ძალებს (გარე ძალები). მოწყობილობას, რომელიც ქმნის გარე ძალებს, ინარჩუნებს პოტენციურ განსხვავებას წრეში და გარდაქმნის სხვადასხვა სახის ენერგიას ელექტრო ენერგიად, ეწოდება დენის წყარო.

ელექტრული დენის არსებობის პირობები:

უფასო გადამზიდავების არსებობა

· პოტენციური სხვაობის არსებობა. ეს არის დენის წარმოქმნის პირობები. მიმდინარეობის არსებობისთვის

· დახურული წრე

· გარე ძალების წყარო, რომელიც ინარჩუნებს პოტენციურ განსხვავებას.

ნებისმიერ ძალას, რომელიც მოქმედებს ელექტრულად დამუხტულ ნაწილაკებზე, ელექტროსტატიკური (კულონური) ძალების გარდა, გარე ძალებს უწოდებენ.

Ელექტრომამოძრავებელი ძალა.

ელექტრომოძრავი ძალა (EMF) არის სკალარული ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ახასიათებს გარე (არაპოტენციური) ძალების მუშაობას პირდაპირი ან ალტერნატიული დენის წყაროებში. დახურულ გამტარ წრეში EMF უდრის ამ ძალების მუშაობას წრედის გასწვრივ ერთი დადებითი მუხტის გადაადგილებისთვის.

EMF-ის ერთეული, ისევე როგორც ძაბვა, არის ვოლტი. ჩვენ შეგვიძლია ვისაუბროთ ელექტროძრავის ძალაზე მიკროსქემის ნებისმიერ ნაწილზე. გალვანური უჯრედის ელექტრომოძრავი ძალა რიცხობრივად უდრის გარე ძალების მუშაობას ელემენტის შიგნით ერთი დადებითი მუხტის გადაადგილებისას მისი უარყოფითი პოლუსიდან პოზიტიურზე. EMF-ის ნიშანი განისაზღვრება მიკროსქემის იმ მონაკვეთის შემოვლითი მიმართულების მიხედვით, სადაც ჩართულია დენის წყარო.

ომის კანონი სრული წრედისთვის.

განვიხილოთ უმარტივესი სრული წრე, რომელიც შედგება დენის წყაროსა და წინააღმდეგობის R რეზისტორისგან. დენის წყაროს, რომელსაც აქვს emf ε, აქვს წინააღმდეგობა r, მას ეწოდება დენის წყაროს შიდა წინააღმდეგობა. სრული წრედისთვის ოჰმის კანონის მისაღებად ვიყენებთ ენერგიის შენარჩუნების კანონს.

მუხტმა q გაიაროს გამტარის განივი მონაკვეთზე Δt დროის განმავლობაში. მაშინ, ფორმულის მიხედვით, გარე ძალების მიერ შესრულებული სამუშაო მუხტის q გადაადგილებისას უდრის. დენის სიძლიერის განსაზღვრებიდან გვაქვს: q = IΔt. აქედან გამომდინარე,.

გარე ძალების მუშაობის გამო, როდესაც დენი გადის წრედში, ჯულ-ლენცის კანონის თანახმად, იხსნება სითბოს რაოდენობა მიკროსქემის მის გარე და შიდა მონაკვეთებზე. თანაბარი:

ენერგიის შენარჩუნების კანონის მიხედვით, A st = Q, შესაბამისად, ამგვარად, დენის წყაროს ემფ უდრის წრედის გარე და შიდა მონაკვეთებში ძაბვის ვარდნის ჯამს.

MKT-ის მიხედვით, ყველა ნივთიერება შედგება ნაწილაკებისგან, რომლებიც უწყვეტ თერმულ მოძრაობაში არიან და ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. ამიტომ, მაშინაც კი, თუ სხეული უმოძრაოა და აქვს ნულოვანი პოტენციური ენერგია, მას აქვს ენერგია (შინაგანი ენერგია), რომელიც არის სხეულის შემადგენელი მიკრონაწილაკების მოძრაობისა და ურთიერთქმედების მთლიანი ენერგია. შიდა ენერგია მოიცავს:

1. მოლეკულების მთარგმნელობითი, ბრუნვითი და ვიბრაციული მოძრაობის კინეტიკური ენერგია;
2. ატომებისა და მოლეკულების ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია;
3. ინტრაატომური და ინტრაბირთვული ენერგია.

თერმოდინამიკაში განიხილება პროცესები იმ ტემპერატურაზე, რომლებშიც მოლეკულებში ატომების ვიბრაციული მოძრაობა არ არის აღგზნებული, ე.ი. არაუმეტეს 1000 K ტემპერატურაზე. ამ პროცესებში იცვლება შიდა ენერგიის მხოლოდ პირველი ორი კომპონენტი. Ამიტომაც

ქვეშ შინაგანი ენერგიათერმოდინამიკაში ჩვენ გვესმის სხეულის ყველა მოლეკულისა და ატომის კინეტიკური ენერგიის ჯამი და მათი ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია.

სხეულის შინაგანი ენერგია განსაზღვრავს მის თერმულ მდგომარეობას და იცვლება ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლისას. მოცემულ მდგომარეობაში სხეულს აქვს სრულიად განსაზღვრული შინაგანი ენერგია, დამოუკიდებელი პროცესისგან, რომლითაც იგი გადავიდა ამ მდგომარეობაში. ამიტომ, შინაგან ენერგიას ხშირად უწოდებენ სხეულის მდგომარეობის ფუნქცია.

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T,\)

სად მე- თავისუფლების ხარისხი. ერთატომური გაზისთვის (მაგ. კეთილშობილი გაზები) მე= 3, დიათომისთვის - მე = 5.

ამ ფორმულებიდან ირკვევა, რომ იდეალური გაზის შიდა ენერგია დამოკიდებულია მხოლოდ ტემპერატურაზე და მოლეკულების რაოდენობაზედა არ არის დამოკიდებული არც მოცულობაზე და არც წნევაზე. ამრიგად, იდეალური გაზის შიდა ენერგიის ცვლილება განისაზღვრება მხოლოდ მისი ტემპერატურის ცვლილებით და არ არის დამოკიდებული პროცესის ბუნებაზე, რომლის დროსაც გაზი გადადის ერთი მდგომარეობიდან მეორეში:

\(~\Delta U = U_2 - U_1 = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac(m)(M) \cdot R \cdot \Delta T ,\)

სადაც Δ თ = თ 2 - თ 1 .

• რეალური აირების მოლეკულები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან და შესაბამისად აქვთ პოტენციური ენერგია ვ p, რომელიც დამოკიდებულია მოლეკულებს შორის მანძილზე და, შესაბამისად, გაზის მიერ დაკავებულ მოცულობაზე. ამრიგად, რეალური გაზის შიდა ენერგია დამოკიდებულია მის ტემპერატურაზე, მოცულობასა და მოლეკულურ სტრუქტურაზე.

*ფორმულის წარმოშობა

მოლეკულის საშუალო კინეტიკური ენერგია \(~\left\langle W_k \right\rangle = \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T\).

აირში მოლეკულების რაოდენობაა \(~N = \dfrac (m)(M) \cdot N_A\).

ამრიგად, იდეალური გაზის შიდა ენერგია არის

\(~U = N \cdot \left\langle W_k \მარჯვნივ\Rangle = \dfrac (m)(M) \cdot N_A \cdot \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T .\)

Იმის გათვალისწინებით k⋅N A= რარის უნივერსალური გაზის მუდმივი, გვაქვს

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T\) - იდეალური აირის შიდა ენერგია.

შინაგანი ენერგიის ცვლილება

პრაქტიკული პრობლემების გადასაჭრელად მნიშვნელოვან როლს ასრულებს არა თავად შინაგანი ენერგია, არამედ მისი ცვლილება Δ უ = უ 2 - უ 1 . შიდა ენერგიის ცვლილება გამოითვლება ენერგიის შენარჩუნების კანონების საფუძველზე.

სხეულის შინაგანი ენერგია შეიძლება შეიცვალოს ორი გზით:

1. ჩადენისას მექანიკური მუშაობა. ა) თუ გარე ძალა იწვევს სხეულის დეფორმაციას, მაშინ იცვლება მანძილი ნაწილაკებს შორის, რომელთაგანაც იგი შედგება და შესაბამისად იცვლება ნაწილაკების ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია. არაელასტიური დეფორმაციების დროს, გარდა ამისა, იცვლება სხეულის ტემპერატურა, ე.ი. იცვლება ნაწილაკების თერმული მოძრაობის კინეტიკური ენერგია. მაგრამ როდესაც სხეული დეფორმირებულია, კეთდება მუშაობა, რაც არის სხეულის შინაგანი ენერგიის ცვლილების საზომი. ბ) სხეულის შინაგანი ენერგიაც იცვლება სხვა სხეულთან მისი არაელასტიური შეჯახებისას. როგორც ადრე ვნახეთ, სხეულების არაელასტიური შეჯახების დროს მათი კინეტიკური ენერგია მცირდება, ის გადაიქცევა შინაგან ენერგიად (მაგალითად, თუ კოჭზე დაყრილ მავთულს ჩაქუჩით რამდენჯერმე დაარტყამთ, მავთული გაცხელდება). სხეულის კინეტიკური ენერგიის ცვლილების საზომი კინეტიკური ენერგიის თეორემის მიხედვით არის მოქმედი ძალების მუშაობა. ეს ნამუშევარი ასევე შეიძლება გახდეს შინაგანი ენერგიის ცვლილებების საზომი. გ) სხეულის შინაგანი ენერგიის ცვლილება ხდება ხახუნის ძალის გავლენით, ვინაიდან, როგორც გამოცდილებიდან არის ცნობილი, ხახუნს ყოველთვის თან ახლავს ხახუნის სხეულების ტემპერატურის ცვლილება. ხახუნის ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო შეიძლება გახდეს შიდა ენერგიის ცვლილების საზომი.
2. დახმარებით სითბოს გაცვლა. მაგალითად, თუ სხეული მოთავსებულია საწვავის ცეცხლში, მისი ტემპერატურა შეიცვლება, შესაბამისად, შეიცვლება მისი შინაგანი ენერგიაც. თუმცა აქ არანაირი სამუშაო არ გაკეთებულა, რადგან არც სხეულისა და არც მისი ნაწილების თვალსაჩინო მოძრაობა არ იყო.

სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება სამუშაოს შესრულების გარეშე ეწოდება სითბოს გაცვლა(სითბოს გადაცემა).

სითბოს გადაცემის სამი ტიპი არსებობს: გამტარობა, კონვექცია და გამოსხივება.

ა) თბოგამტარობაარის სხეულებს (ან სხეულის ნაწილებს) შორის სითბოს გაცვლის პროცესი მათი უშუალო კონტაქტის დროს, გამოწვეული სხეულის ნაწილაკების თერმული ქაოტური მოძრაობით. რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით მეტია მყარი სხეულის მოლეკულების ვიბრაციის ამპლიტუდა. აირების თბოგამტარობა განპირობებულია გაზის მოლეკულებს შორის ენერგიის გაცვლით მათი შეჯახების დროს. სითხეების შემთხვევაში ორივე მექანიზმი მუშაობს. ნივთიერების თერმული კონდუქტომეტრი მყარ მდგომარეობაში მაქსიმალურია და მინიმალური აირის მდგომარეობაში.

ბ) კონვექციაწარმოადგენს სითბოს გადაცემას სითხის ან აირის გაცხელებული ნაკადებით მოცულობის ზოგიერთი უბნიდან სხვებზე.

გ) თბოგაცვლა ზე რადიაციაგანხორციელდა მანძილზე ელექტრომაგნიტური ტალღების საშუალებით.

მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ შინაგანი ენერგიის შეცვლის გზები.

მექანიკური მუშაობა

თერმოდინამიკური პროცესების განხილვისას, მთლიანობაში მაკროსხეულების მექანიკური მოძრაობა არ არის გათვალისწინებული. აქ მუშაობის კონცეფცია დაკავშირებულია სხეულის მოცულობის ცვლილებასთან, ე.ი. მაკროსხეულის ნაწილების მოძრაობა ერთმანეთთან შედარებით. ეს პროცესი იწვევს ნაწილაკებს შორის მანძილის ცვლილებას და ასევე ხშირად მათი მოძრაობის სიჩქარის ცვლილებას, შესაბამისად, სხეულის შინაგანი ენერგიის ცვლილებას.

იზობარული პროცესი

ჯერ განვიხილოთ იზობარული პროცესი. ტემპერატურაზე მოძრავი დგუშით ცილინდრში იყოს გაზი თ 1 (ნახ. 1).

ჩვენ ნელ-ნელა გავაცხელებთ გაზს ტემპერატურამდე თ 2. გაზი გაფართოვდება იზობარულად და დგუში გადაადგილდება პოზიციიდან 1 თანამდებობაზე 2 მანძილი Δ ლ. გაზის წნევის ძალა იმოქმედებს გარე სხეულებზე. იმიტომ რომ გვ= const, შემდეგ წნევის ძალა ფ = p⋅Sასევე მუდმივი. ამრიგად, ამ ძალის მუშაობა შეიძლება გამოითვალოს ფორმულის გამოყენებით

\(~A = F \cdot \Delta l = p \cdot S \cdot \Delta l = p \cdot \Delta V,\)

სადაც Δ ვ- გაზის მოცულობის ცვლილება.

• თუ გაზის მოცულობა არ იცვლება (იზოქორული პროცესი), მაშინ გაზის მიერ შესრულებული სამუშაო ნულის ტოლია.

• გაზი ასრულებს მუშაობას მხოლოდ მისი მოცულობის შეცვლის პროცესში.

გაფართოებისას (Δ ვ> 0) აირის, დადებითი სამუშაოა გაკეთებული ( ა> 0); შეკუმშვის დროს (Δ ვ < 0) газа совершается отрицательная работа (ა < 0).

• თუ გავითვალისწინებთ გარე ძალების მუშაობას ა " (ა " = –ა), შემდეგ გაფართოებით (Δ ვ> 0) გაზი ა " < 0); при сжатии (Δვ < 0) ა " > 0.

მოდით დავწეროთ კლაპეირონ-მენდელეევის განტოლება ორი აირის მდგომარეობისთვის:

\(~p \cdot V_1 = \nu \cdot R \cdot T_1, \; \; p \cdot V_2 = \nu \cdot R \cdot T_2,\)

\(~p \cdot (V_2 - V_1) = \nu \cdot R \cdot (T_2 - T_1) .\)

ამიტომ, როცა იზობარული პროცესი

\(~A = \nu \cdot R \cdot \Delta T .\)

თუ ν = 1 მოლი, მაშინ Δ-ზე Τ = 1 K მივიღებთ ამას რრიცხობრივად თანაბარი ა.

აქედან გამომდინარეობს უნივერსალური გაზის მუდმივის ფიზიკური მნიშვნელობა: ის რიცხობრივად უდრის 1 მოლი იდეალური აირის სამუშაოს, როცა ის 1 კ-ით იზობარულად თბება.

არ არის იზობარული პროცესი

სქემაზე გვ (ვ) იზობარულ პროცესში, ნამუშევარი უდრის დაჩრდილული მართკუთხედის ფართობს სურათზე 2, ა.

თუ პროცესი არა იზობარი(ნახ. 2, ბ), შემდეგ ფუნქციის მრუდი გვ = ვ(ვ) შეიძლება წარმოდგენილი იყოს გატეხილი ხაზით, რომელიც შედგება დიდი რაოდენობით იზოკორებისა და იზობარებისგან. იზოქორიულ მონაკვეთებზე მუშაობა ნულის ტოლია და ყველა იზობარიულ მონაკვეთზე მთლიანი სამუშაო ტოლი იქნება

\(~A = \lim_(\Delta V \ to 0) \sum^n_(i=1) p_i \cdot \Delta V_i\), ან \(~A = \int p(V) \cdot dV,\ )

იმათ. თანაბარი იქნება დაჩრდილული ფიგურის ფართობი.

ზე იზოთერმული პროცესი (თ= const) ნამუშევარი უდრის ნახატ 2-ში ნაჩვენები დაჩრდილული ფიგურის ფართობს, გ.

ბოლო ფორმულის გამოყენებით მუშაობის დადგენა შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ცნობილია, თუ როგორ იცვლება გაზის წნევა მისი მოცულობის ცვლილებისას, ე.ი. ფუნქციის ფორმა ცნობილია გვ = ვ(ვ).

ამრიგად, ცხადია, რომ გაზის მოცულობის იგივე ცვლილების შემთხვევაშიც კი, მუშაობა დამოკიდებული იქნება გადასვლის მეთოდზე (ანუ პროცესზე: იზოთერმული, იზობარული...) აირის საწყისი მდგომარეობიდან საბოლოო მდგომარეობიდან. სახელმწიფო. აქედან გამომდინარე, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ

• თერმოდინამიკაში მუშაობა პროცესის ფუნქციაა და არა მდგომარეობის ფუნქცია.

სითბოს რაოდენობა

როგორც ცნობილია, სხვადასხვა მექანიკური პროცესის დროს ხდება მექანიკური ენერგიის ცვლილება ვ. მექანიკური ენერგიის ცვლილების საზომია სისტემაზე გამოყენებული ძალების მუშაობა:

\(~\დელტა W = A.\)

სითბოს გაცვლის დროს ხდება სხეულის შინაგანი ენერგიის ცვლილება. სითბოს გადაცემის დროს შიდა ენერგიის ცვლილების საზომია სითბოს რაოდენობა.

სითბოს რაოდენობაარის სითბოს გადაცემის დროს შიდა ენერგიის ცვლილების საზომი.

ამრიგად, მუშაობაც და სითბოს რაოდენობაც ახასიათებს ენერგიის ცვლილებას, მაგრამ არ არის იდენტური შინაგანი ენერგიისა. ისინი არ ახასიათებენ თავად სისტემის მდგომარეობას (როგორც შინაგანი ენერგია), მაგრამ განსაზღვრავენ ენერგიის გადასვლის პროცესს ერთი ტიპიდან მეორეზე (ერთი სხეულიდან მეორეზე), როდესაც მდგომარეობა იცვლება და მნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული პროცესის ბუნებაზე.

სამუშაოსა და სითბოს შორის მთავარი განსხვავება ისაა

• ნამუშევარი ახასიათებს სისტემის შიდა ენერგიის შეცვლის პროცესს, რომელსაც თან ახლავს ენერგიის გარდაქმნა ერთი ტიპიდან მეორეზე (მექანიკურიდან შიდაში);
• სითბოს რაოდენობა ახასიათებს შინაგანი ენერგიის გადაცემის პროცესს ერთი სხეულიდან მეორეზე (უფრო გახურებულიდან ნაკლებად გაცხელებამდე), რომელსაც არ ახლავს ენერგიის გარდაქმნები.

გათბობა (გაგრილება)

გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ სხეულის მასის გასათბობად საჭირო სითბოს რაოდენობა მტემპერატურაზე თ 1 ტემპერატურამდე თ 2, გამოითვლება ფორმულით

\(~Q = c \cdot m \cdot (T_2 - T_1) = c \cdot m \cdot \Delta T,\)

სად გ- ნივთიერების სპეციფიკური თბოტევადობა (ტაბულური მნიშვნელობა);

\(~c = \dfrac(Q)(m \cdot \დელტა T).\)

სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის SI ერთეული არის ჯული კილოგრამ კელვინზე (J/(kg K)).

სპეციფიკური სითბო გრიცხობრივად უდრის სითბოს რაოდენობას, რომელიც უნდა გადაეცეს 1 კგ მასის სხეულს, რათა გაცხელდეს 1 კ-ით.

გარდა სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრისა, ასევე გათვალისწინებულია ისეთი რაოდენობა, როგორიცაა სხეულის სითბოს მოცულობა.

სითბოს ტევადობასხეული Cრიცხობრივად უდრის სითბოს რაოდენობას, რომელიც საჭიროა სხეულის ტემპერატურის 1 კ-ით შესაცვლელად:

\(~C = \dfrac(Q)(\დელტა T) = c \cdot m.\)

სხეულის სითბოს სიმძლავრის SI ერთეული არის ჯული კელვინზე (J/K).

აორთქლება (კონდენსაცია)

მუდმივ ტემპერატურაზე სითხის ორთქლად გადაქცევისთვის საჭიროა სითბოს დახარჯვა

\(~Q = L \cdot m,\)

სად ლ- აორთქლების სპეციფიკური სითბო (ტაბულური მნიშვნელობა). როდესაც ორთქლი კონდენსირდება, სითბოს იგივე რაოდენობა გამოიყოფა.

აორთქლების სპეციფიკური სითბოს SI ერთეული არის ჯული თითო კილოგრამზე (ჯ/კგ).

დნობა (კრისტალიზაცია)

იმისათვის, რომ დნება კრისტალური სხეული აწონა მდნობის წერტილში სხეულს სჭირდება სითბოს ოდენობის კომუნიკაცია

\(~Q = \ლამბდა \cdot m,\)

სად λ - შერწყმის სპეციფიკური სითბო (ტაბულური მნიშვნელობა). როდესაც სხეული კრისტალიზდება, სითბოს იგივე რაოდენობა გამოიყოფა.

შერწყმის სპეციფიკური სითბოს SI ერთეული არის ჯული თითო კილოგრამზე (ჯ/კგ).

საწვავის წვა

საწვავის მასის სრული წვის დროს გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობა მ,

\(~Q = q \cdot m,\)

სად ქ- წვის სპეციფიკური სითბო (ტაბულური მნიშვნელობა).

წვის სპეციფიკური სითბოს SI ერთეული არის ჯული თითო კილოგრამზე (ჯ/კგ).

ლიტერატურა

აქსენოვიჩ L.A. ფიზიკა საშუალო სკოლაში: თეორია. Დავალებები. ტესტები: სახელმძღვანელო. ზოგადსაგანმანათლებლო დაწესებულებების შემწეობა. გარემო, განათლება / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; რედ. კ.ს.ფარინო. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - გვ 129-133, 152-161.