Pri riešení praktických otázok nehrá významnú úlohu samotná vnútorná energia, ale jej zmena Δ U = U 2 - U jeden . Zmena vnútornej energie sa vypočíta na základe zákonov zachovania energie.
Vnútorná energia tela sa môže meniť 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 skôr videli, pri nepružnej zrážke telies sa ich kinetická energia zmenšuje, 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 pevného 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 miera 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 prechodu energie 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 (z teplejšieho na menej horúce), 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 mernej tepelnej kapacity 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 prostredím. 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. Adiabatické procesy sa využívajú v spaľovacích motoroch (expanzia a stláčanie horľavej zmesi vo valcoch), v chladiacich jednotkách a pod.
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 od V 1 do V 2 a potencovaním dospejeme k výrazu
Keďže stavy 1 a 2 sú zvolené ľubovoľne, môžeme písať
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. podmienené palivo. Množstvo vzduchu potrebné na spálenie paliva.
Kvalita paliva sa posudzuje podľa jeho výhrevnosti. Na charakterizáciu tuhých a kvapalných palív sa používa merná výhrevnosť, 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 zisťuje nielen teoreticky, ale aj empiricky, spaľovaním určitého množstva paliva 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. Vyhrieva 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, keď sa studená lyžica dostane do kontaktu s horúcou vodou? 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 tých 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 udržateľnosť. 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 spätná reakcia a v dôsledku toho nedochádza k zmene množstva jednotlivých zložiek.
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 jeho vnútorné 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 iba vonkajšie sily toto otáčanie zastavia.
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 to vtedy, ak sa pri miernom posunutí telesa v ľubovoľnom smere z východiskovej polohy stane výslednica síl pôsobiacich na teleso nenulová a smeruje do rovnovážnej polohy. V stabilnej rovnováhe je napríklad gulička na dne vybrania.
Všeobecná podmienka rovnováhy telesa. Spojením týchto dvoch záverov môžeme formulovať všeobecnú podmienku rovnováhy telesa: teleso je v rovnováhe, ak geometrický súčet vektorov všetkých síl naň pôsobí 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. Teplota varu pri atmosférickom tlaku sa zvyčajne udáva 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 para vzniká vo forme periodicky vznikajúcich a rastúcich bublín, sa nazýva nukleárny var. Pri pomalom vare 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
Vnútorná energia tela nie je nejaký druh konštanty. V tom istom tele sa to môže zmeniť.
Keď teplota stúpa, vnútorná energia tela sa zvyšuje so zvyšujúcou sa priemernou rýchlosťou molekúl.
V dôsledku toho sa kinetická energia molekúl tohto telesa zvyšuje. Naopak, s poklesom teploty klesá vnútorná energia tela..
teda vnútorná energia tela sa mení so zmenou rýchlosti pohybu molekúl.
Skúsme prísť na to, ako zvýšiť alebo znížiť rýchlosť molekúl. Aby sme to dosiahli, vykonáme nasledujúci experiment. Tenkostennú mosadznú rúrku upevníme na stojan (obr. 3). Do skúmavky nalejte trochu éteru a uzavrite korok. Potom trubicu ovinieme lanom a začneme ňou rýchlo pohybovať najprv jedným smerom, potom druhým. Po chvíli éter vrie a para vytlačí korok. Skúsenosti ukazujú, že vnútorná energia éteru sa zvýšila: koniec koncov sa zahrial a dokonca aj varil.
Ryža. 3. Zvýšenie vnútornej energie tela pri práci na ňom
K zvýšeniu vnútornej energie došlo v dôsledku práce vykonanej pri trení rúrky lanom.
K zahrievaniu telies dochádza aj pri nárazoch, vysúvaní a ohýbaní, teda pri deformácii. Vnútorná energia tela sa vo všetkých vyššie uvedených príkladoch zvyšuje.
v dôsledku toho vnútorná energia tela môže byť zvýšená vykonaním práce na tele.
Ak prácu vykonáva telo samo, potom to vnútorná, energia klesá.
Urobme nasledujúci experiment.
Do hrubostennej sklenenej nádoby, uzavretej korkom, načerpáme vzduch cez špeciálny otvor v nej (obr. 4).
Ryža. 4. Znižovanie vnútornej energie tela pri vykonávaní práce telom samotným
Po chvíli korok vyskočí z nádoby. V momente, keď korok vyskočí z nádoby, vytvorí sa hmla. Jeho vzhľad znamená, že vzduch v nádobe sa ochladil. Stlačený vzduch v nádobe vytlačí korok a funguje. Túto prácu robí na úkor svojej vnútornej energie, ktorá zároveň klesá. Pokles vnútornej energie môžete posúdiť ochladzovaním vzduchu v nádobe. takže, vnútorná energia tela sa dá meniť vykonávaním práce.
Vnútornú energiu tela je možné zmeniť aj inak, bez práce. Napríklad voda v kanvici položenej na sporáku vrie. Vzduch a rôzne predmety v miestnosti sú ohrievané radiátorom ústredného kúrenia, strechy domov sú ohrievané slnečnými lúčmi atď.. Vo všetkých týchto prípadoch dochádza k zvýšeniu teploty telies, čo znamená, že ich vnútorná energia sa zvyšuje . Ale práca nie je vykonaná.
znamená, zmena vnútornej energie môže nastať nielen v dôsledku vykonávania práce.
Ako možno v týchto prípadoch vysvetliť nárast vnútornej energie?
Zvážte nasledujúci príklad.
Ponorte kovovú ihlu do pohára horúcej vody. Kinetická energia molekúl horúcej vody je väčšia ako kinetická energia studených kovových častíc. Molekuly horúcej vody pri interakcii so studenými kovovými časticami im odovzdajú časť svojej kinetickej energie. V dôsledku toho sa energia molekúl vody v priemere zníži, zatiaľ čo energia kovových častíc sa zvýši. Teplota vody sa zníži a teplota kovového lúča sa bude postupne zvyšovať. Po chvíli sa ich teploty vyrovnajú. Táto skúsenosť demonštruje zmenu vnútornej energie telies.
takže, vnútorná energia telies sa môže meniť prestupom tepla.
Proces zmeny vnútornej energie bez vykonania práce na tele alebo tele samotnom sa nazýva prenos tepla.
K prenosu tepla dochádza vždy v určitom smere: od telies s vyššou teplotou k telesám s nižšou.
Keď sa teploty telies vyrovnajú, prenos tepla sa zastaví.
Vnútorná energia telesa sa môže meniť dvoma spôsobmi: vykonávaním mechanickej práce alebo prenosom tepla.
Prenos tepla sa zase môže uskutočniť: 1) tepelná vodivosť; 2) konvekcia; 3) žiarenie.
Otázky
- Pomocou obrázku 3 popíšte, ako sa mení vnútorná energia telesa, keď sa na ňom pracuje.
- Opíšte experiment, ktorý ukazuje, že telo môže pracovať vďaka vnútornej energii.
- Uveďte príklady zmien vnútornej energie telesa prostredníctvom prenosu tepla.
- Vysvetlite na základe molekulárnej štruktúry látky ohrev pletacej ihlice ponorenej do horúcej vody.
- Čo je prenos tepla?
- Aké sú dva spôsoby, ako zmeniť vnútornú energiu tela?
Cvičenie 2
- Sila trenia pôsobí na telo. Zmení to vnútornú energiu tela? Podľa akých znakov to možno posúdiť?
- Keď idete po lane rýchlo dole, vaše ruky sú horúce. Vysvetlite, prečo sa to deje.
Úloha
Položte mincu na list preglejky alebo drevenú dosku. Pritlačte mincu na dosku a rýchlo ňou pohybujte jedným alebo druhým smerom. Všimnite si, koľkokrát musíte pohnúť mincou, aby bola teplá, horúca. Urobte záver o vzťahu medzi vykonanou prácou a zvýšením vnútornej energie tela.
Zmenou teploty telesa teda meníme jeho vnútornú energiu. Pri zahrievaní telesa sa jeho vnútorná energia zvyšuje, pri ochladzovaní klesá.
Urobme experiment. Na stojan upevníme tenkostennú mosadznú rúrku. Nalejte do nej trochu éteru a pevne uzavrite korkovou zátkou. Teraz obalíme potrubie lanom a začneme ním trieť potrubie, pričom ho rýchlo vtiahneme do lana jedným alebo druhým smerom. Po určitom čase sa vnútorná energia trubice s éterom zvýši natoľko, že éter bude vrieť a vzniknutá para vytlačí korok (obr. 60).
Táto skúsenosť to ukazuje vnútorná energia tela sa môže meniť prácou na tele, najmä trením.
Zmenou vnútornej energie kusu dreva trením naši predkovia zapálili oheň. Teplota vznietenia dreva je 250 °C. Preto, aby ste dostali oheň, musíte trieť jeden kus dreva o druhý, kým ich teplota nedosiahne túto hodnotu. je to ľahké? Keď sa hrdinovia románu Julesa Verna „Tajomný ostrov“ pokúšali takto zapáliť oheň, nepodarilo sa im to.
"Ak by sa energia, ktorú Neb a Pencroff minuli, dala premeniť na teplo, zrejme by to stačilo na ohrev kotla oceánskeho parníka. Výsledok ich snaženia bol však nulový. Kusy dreva sa však zahriali, ale oveľa menej než samotní účastníci tejto operácie.
Po hodine práce Pencroffa zalial pot a nahnevane odhodil kusy dreva so slovami:
"Nehovor mi, že diviaky takto zakladajú oheň!" Skôr by som veril, že v lete sneží. Možno je jednoduchšie zapáliť si vlastné dlane tak, že si ich budete trieť jedna o druhú.
Dôvodom ich neúspechu bolo, že oheň nebolo potrebné založiť jednoduchým trením jedného kusa dreva o druhý, ale vŕtaním do dosky špicatou palicou (obr. 61). Potom je možné pri určitej zručnosti zvýšiť teplotu v hniezde palice o 20 °C za 1 s. A trvá len 250/20 = 12,5 sekundy, kým sa palica dostane do bodu horenia! 
Mnoho ľudí v našej dobe „vyrába“ oheň trením – trením zápaliek o zápalkovú škatuľku. Ako dlho prebiehajú zápasy? Výroba prvých (fosforových) zápaliek sa začala v 30. rokoch minulého storočia. 19. storočie Fosfor sa vznieti pri pomerne nízkom zahriatí – len do 60 °C. Preto na zapálenie fosforovej zápalky stačilo udrieť na takmer akýkoľvek povrch (začínajúc od najbližšej steny a končiac bootlegom). Tieto zápalky však boli veľmi nebezpečné: boli jedovaté a kvôli ľahkému zapáleniu často spôsobovali požiar. Bezpečnostné zápalky (ktoré používame dodnes) boli vynájdené v roku 1855 vo Švédsku (odtiaľ ich názov „švédske zápalky“). Fosfor v týchto zápalkách bol nahradený inými horľavými látkami.
Trenie teda môže zvýšiť teplotu látky. Vykonávanie práce na tele(napríklad udieranie kladivom na kus olova, ohýbanie a ohýbanie drôtu, presúvanie jedného predmetu po povrchu druhého alebo stláčanie plynu vo valci piestom), zvyšujeme jeho vnútornú energiu. Ak telo samo robí prácu" (v dôsledku jeho vnútornej energie), potom vnútorná energia tela klesá a telo sa ochladzuje.
Pozorujme to v skúsenostiach. Vezmite hrubostennú sklenenú nádobu a pevne ju uzavrite gumovou zátkou s otvorom. Cez tento otvor pomocou pumpy začneme pumpovať vzduch do nádoby. Po určitom čase korok s hlukom vyletí z nádoby a v samotnej nádobe sa objaví hmla (obr. 62). Výskyt hmly znamená, že vzduch v plavidle sa ochladil a následne sa znížila jeho vnútorná energia. Vysvetľuje to skutočnosť, že stlačený vzduch v nádobe, vytláčajúci korok, vykonal prácu znížením svojej vnútornej energie. Preto teplota vzduchu klesla.
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. Vyhrieva 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 telesa bez vykonania práce sa nazýva výmena tepla. K prenosu tepla dochádza medzi telesami (alebo časťami toho istého telesa), ktoré majú rozdielne teploty.
Ako napríklad dochádza k prenosu tepla, keď sa studená lyžica dostane do kontaktu s horúcou vodou? 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 tých 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 prenose 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.
Takže existujú dva spôsoby, ako zmeniť vnútornú energiu: 1) robiť prácu a 2) výmena tepla. Pri implementácii prvej z týchto metód sa vnútorná energia tela zmení o množstvo dokonalej práce A a pri implementácii druhej z nich o množstvo rovnajúce sa množstvu odovzdaného tepla Q.
Je zaujímavé, že obe zvažované metódy môžu viesť k úplne rovnakým výsledkom. Preto podľa konečného výsledku nie je možné určiť, ktorá z týchto metód bola dosiahnutá. Takže keď zo stola vezmeme zahriatu oceľovú ihlu, nebudeme môcť povedať, akým spôsobom bola zahrievaná - trením alebo kontaktom s horúcim telom. V zásade to môže byť jedno alebo druhé.
1. Vymenujte dva spôsoby zmeny vnútornej energie tela. 2. Uveďte príklady zvýšenia vnútornej energie tela vykonávaním práce na ňom. 3. Uveďte príklady nárastu a poklesu vnútornej energie telesa v dôsledku prenosu tepla. 4. Aké je množstvo tepla? Ako je to určené? 5. V akých jednotkách sa meria množstvo tepla? 6. Akými spôsobmi možno založiť oheň? 7. Kedy sa začalo s výrobou zápaliek?
Pritlačte mincu alebo kúsok fólie na lepenku alebo nejaký druh dosky. Po vykonaní prvých 10, potom 20 atď. pohybov jedným alebo druhým smerom si všimnite, čo sa stane s teplotou telies v procese trenia. Ako závisí zmena vnútornej energie telesa od množstva vykonanej práce?
Zaslané čitateľmi z internetových stránok
Elektronické vydania zadarmo, fyzikálna knižnica, hodiny fyziky, program fyziky, abstrakty hodín fyziky, učebnice fyziky, hotové domáce úlohy
Obsah lekcie zhrnutie lekcie podpora rámcová lekcia prezentácia akceleračné metódy interaktívne technológie Prax úlohy a cvičenia samoskúšobné workshopy, školenia, prípady, questy domáce úlohy diskusia otázky rečnícke otázky študentov Ilustrácie audio, videoklipy a multimédiá fotografie, obrázky, grafika, tabuľky, schémy humor, anekdoty, vtipy, komiksové podobenstvá, výroky, krížovky, citáty Doplnky abstraktyčlánky čipy pre zvedavých cheat sheets učebnice základný a doplnkový slovník pojmov iné Zdokonaľovanie učebníc a vyučovacích hodínoprava chýb v učebnici aktualizácia fragmentu v učebnici prvky inovácie v lekcii nahradenie zastaraných vedomostí novými Len pre učiteľov perfektné lekcie kalendárny plán na rok metodické odporúčania programu diskusie Integrované lekcieV článku nižšie si povieme niečo o vnútornej energii a o tom, ako ju zmeniť. Tu sa zoznámime so všeobecnou definíciou SE, s jeho významom a dvomi typmi zmeny stavu energie, ktorú má fyzické telo, predmet. Zohľadní sa najmä fenomén prenosu tepla a výkon práce.
Úvod
Vnútorná energia je tá časť zdroja termodynamického systému, ktorá nie je závislá od konkrétneho referenčného systému. Môže zmeniť svoj význam v rámci skúmaného problému.
Charakteristiky rovnakej hodnoty v referenčnom rámci, vo vzťahu ku ktorým je centrálna hmota telesa/predmetu makroskopických rozmerov stavom pokoja, majú rovnakú celkovú a vnútornú energiu. Vždy sa zhodujú. Súbor častí, ktoré tvoria celkovú energiu zahrnutú do vnútornej energie, nie je konštantný a závisí od podmienok riešeného problému. Inými slovami, obnoviteľná energia nie je špecifickým typom energetického zdroja. Ide o všeobecný súbor množstva komponentov celkového energetického systému, ktoré sa menia podľa konkrétnych situácií. Metódy zmeny vnútornej energie sú založené na dvoch základných princípoch: prenos tepla a práca.
SE je špecifický koncept pre systémy termodynamického charakteru. Umožňuje fyzike využívať rôzne veličiny, ako je teplota a entropia, rozmer chemického potenciálu, hmotnosť látok, ktoré tvoria systém.
Dokončenie práce
Existujú dva spôsoby, ako zmeniť vnútornú energiu telesa (telies). Prvý je vytvorený v dôsledku procesu vykonávania priamej práce na objekte. Druhým je fenomén prenosu tepla.
V prípadoch, keď prácu vykonáva samotné telo, jeho vnútorný energetický index sa zníži. Keď proces dokončí niekto alebo niečo nad telom, potom sa jeho VE zvýši. Súčasne sa pozoruje premena mechanického zdroja energie na vnútorný typ energie, ktorú má objekt. Všetko môže tiež prúdiť a naopak: mechanické k vnútornému.
Prestup tepla zvyšuje hodnotu SE. Ak sa však telo ochladí, potom sa energia zníži. Pri neustálej údržbe prenosu tepla sa indikátor zvýši. Stláčanie plynov je príkladom zvýšenia indexu SE a ich expanzia (plynov) je dôsledkom poklesu hodnoty vnútornej energie.
fenomén prenosu tepla
Zmena vnútornej energie metódou prenosu tepla predstavuje zvýšenie/zníženie energetického potenciálu. Je to vlastnené telom bez toho, aby vykonávalo určitú (najmä mechanickú) prácu. Odovzdané množstvo energie sa nazýva teplo (Q, J) a samotný proces podlieha univerzálnej ZSE. Uskutočnenie zmien vo VE sa vždy prejaví zvýšením alebo znížením teploty samotného tela.
Obidva spôsoby zmeny vnútornej energie (práce a prenosu tepla) je možné vykonávať vzhľadom na jeden objekt v súčasnom poradí, to znamená, že ich možno kombinovať.
SE môžete zmeniť napríklad vytvorením trenia. Tu sa jednoznačne sleduje výkon mechanickej práce (trenie) a fenomén prenosu tepla. Naši predkovia sa pokúšali založiť oheň podobným spôsobom. Medzi drevom vytvorili trenie, ktorého teplota vznietenia zodpovedá 250 °C.
Zmena vnútornej energie tela prostredníctvom výkonu práce alebo prenosu tepla môže nastať v rovnakom časovom období, t.j. tieto dva typy prostriedkov môžu spolupracovať. Jednoduché trenie v konkrétnom prípade však nebude stačiť. Na to bolo potrebné nabrúsiť jeden konár. V súčasnosti sa človek môže zapáliť trením zápaliek, ktorých hlavy sú pokryté horľavou látkou, ktorá sa zapáli pri 60-100 ° C. Prvé takéto výrobky sa začali vytvárať v 30. rokoch 19. storočia. Boli to fosforové zápalky. Sú schopné vznietiť sa pri relatívne nízkej teplote - 60 ° C. V súčasnosti sa teší, ktoré boli uvedené do výroby v roku 1855.
Energetická závislosť
Keď už hovoríme o spôsoboch zmeny vnútornej energie, bude dôležité spomenúť aj závislosť tohto ukazovateľa od teploty. Faktom je, že množstvo tohto energetického zdroja je určené priemernou hodnotou kinetickej energie sústredenej v molekule tela, ktorá zase priamo závisí od indikátora teploty. Z tohto dôvodu zmena teploty vždy vedie k zmene SE. Z toho tiež vyplýva, že zahrievanie vedie k zvýšeniu energie a ochladzovanie spôsobuje jej pokles.
Teplota a prenos tepla
Spôsoby zmeny vnútornej energie tela sa delia na: prenos tepla a mechanickú prácu. Bude však dôležité vedieť, že množstvo tepla a teplota nie sú to isté. Tieto pojmy by sa nemali zamieňať. Teplotné množstvá sú špecifikované v stupňoch a množstvo preneseného alebo odovzdaného tepla je špecifikované v jouloch (J).
Kontakt dvoch telies, z ktorých jedno bude horúce, vedie vždy k strate tepla jedným (teplejším) a k jeho získaniu druhým (chladnejším).
Je dôležité poznamenať, že oba spôsoby zmeny VE tela vedú vždy k rovnakým výsledkom. Nie je možné určiť, akým spôsobom bola jeho zmena dosiahnutá konečným stavom tela.
