- Человек греет руки у костра способ изменения внутренней энергии
- Самостоятельная работа «Внутренняя энергия и способы ее изменения»
- Дистанционное обучение как современный формат преподавания
- Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации
- Современные педтехнологии в деятельности учителя
- Оставьте свой комментарий
- Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами
- Подарочные сертификаты
Человек греет руки у костра способ изменения внутренней энергии
Внутреннюю энергию тела можно изменить:
1) теплопередачей (теплопроводностью, конвекцией и излучением);
2) совершением механической работы над телом (трение, удар, сжатие и др.).
Энергия тела, которую оно получает или отдаёт при обмене теплом с другими телами (без совершения работы), называют количеством теплоты.
$$ = \Delta U$$ — количество теплоты. | (8) |
Рассмотрим эти процессы более подробно.
1. Виды теплопередачи
А)
явление передачи теплоты (энергии) от одной части тела (более нагретой) к другой (менее нагретой).
Передача теплоты осуществляется в основном за счёт колебательного движения и столкновения отдельных молекул. При этом при столкновениях некоторая доля кинетической энергии молекул от одной (более нагретой) части тела передаётся молекулам другой (менее нагретой) его части. Важно заметить, что при теплопроводности само вещество не перемещается, а теплопередача всегда идёт в определённом направлении: внутренняя энергия горячего тела уменьшается, а внутренняя энергия холодного тела увеличивается.
В твёрдых металлических телах теплопроводность осуществляется преимущественно за счёт движущихся особым образом свободных электронов (в металлах также осуществляется перенос тепла колеблющимися атомами, но их вклад сравнительно небольшой).
Благодаря непрерывному взаимодействию соседствующих молекул, теплопроводность в твёрдых телах и жидкостях происходит заметно быстрее, чем в газах.
Интенсивность теплопроводности между телами зависит от разности их температур, площади поверхности, через которую происходит теплопередача, а также от свойств вещества, расположенного между телами.
В обычных условиях для расчёта количества теплоты `Q`, передаваемого через слой вещества путём теплопроводности, пользуются следующим соотношением:
| Здесь | $$ k$$ – коэффициент теплопроводности вещества слоя, |
| $$ S$$ – площадь поверхности, через которую происходит теплопередача (см. рис 3), | |
| $$ h$$ – толщина слоя вещества, | |
| $$ t$$ – время наблюдения, | |
| $$ \Delta T= |
Например, тепловая энергия уходит из комнаты через стену на улицу.
$$ S$$ – площадь поверхности стены,
- $$ h$$ – толщина слоя вещества, составляющего стену.
- $$ \Delta T$$ – разность температур между комнатой $$ \left(
_<1>\right)$$ и улицей $$ \left( _<2>\right)$$;
$$ k$$ – коэффициент теплопроводности вещества стены.
Следует отметить, что значения коэффициентов теплопроводности различных веществ отличаются столь сильно, что некоторые вещества применяют как эффективные теплопроводники (металлы, термомастика), а другие, наоборот, как теплоизоляторы (кирпич, дерево, пенопласт).
Б) В поле силы тяжести ещё одним механизмом теплопередачи может служить конвекция.
называют процесс перемешивания вещества, осуществляемый силой Архимеда, вследствии разности температур.
Конвекция может быть обнаружена в газах, жидкостях или сыпучих материалах.
Например, в кастрюле (см. рисунок 4) нагреваемая снизу вода расширяется, плотность её уменьшается. Сила Архимеда, действующая на небольшой фрагмент прогретой воды, поднимает её вверх. На поверхности прогретая вода остывает, смешиваясь с более холодной водой, испаряясь и т. п. Вследствие чего вода сжимается, становится более плотной, и тонет. Возникает конвективная ячейка.
На практике часто встречается принудительная конвекция, осуществляемая насосами или специальными перемешивающими механизмами.
В) Все тела, температура которых отлична от абсолютного нуля, излучают электромагнитные волны, которые переносят энергию. При комнатной температуре это в основном инфракрасное излучение. Так происходит лучистый теплообмен, или теплопередача посредством теплового излучения.
Из этого факта вытекает, что энергией в форме излучения обмениваются практически все окружающие нас тела. Этот процесс также приводит к выравниванию температур тел, участвующих в теплообмене.
Согласно теории равновесного теплового излучения интенсивность $$ I$$ излучения так называемого абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени абсолютной температуры $$ T$$ тела:
| $$I=\sigma · | (10) |
Где `sigma=5,67*10^(-8)` `»Вт»//»м»^2«»К»^4` — постоянная Стефана-Больцмана.
(Подробно речь об этом пойдёт в разделе «Основы квантовой физики» в 11 классе.)
В замкнутой системе теплообмен должен привести к установлению теплового равновесия. Теперь понятию «замкнутой системы» можно придать более отчётливые очертания: если границы некоторой области пространства имеют очень малый коэффициент теплопроводности (граница – слой теплоизолятора) и теплопередача через него не проходит, то содержащаяся внутри области пространства энергия изменяться не может и будет сохраняться.
2. Работа и изменение внутренней энергии.
Работа газа при расширении и сжатии
Для изменения внутренней энергии тела необходимо изменить кинетическую или потенциальную энергию его молекул. Этого можно добиться, не только при теплопередаче, но и деформируя тело. При упругой деформации изменяется расположение молекул или атомов внутри тела, приводящее к изменению сил взаимодействия (а значит, и потенциальной энергии взаимодействия), а при неупругой изменяются и амплитуды колебаний молекул или атомов, что изменяет кинетическую энергию молекул или атомов.
При ударе молотком по свинцовой пластине молоток заметно деформирует поверхность свинца (рис. 5). Атомы поверхностных слоёв начинают двигаться быстрее, внутренняя энергия пластины увеличивается.
Стоя на улице в морозную погоду и потирая руки, мы совершаем работу, что также приводит к увеличению внутренней энергии. Если сила трения возникла из-за взаимодействия шероховатостей, то при прохождении одной шероховатости мимо другой возникают колебания частей тела. Энергия колебаний превращается в тепло. Тот же процесс происходит и при разрывах шероховатостей.
Если работу совершает газ, закрытый в цилиндре и поршень будет перемещаться из положения `1` в положение `2` (рис. 6), то работа равна
Здесь $$ F$$ – сила, действующая на поршень со стороны газа,
- $$ p$$ – давление газа,
- $$ S$$ – площадь поверхности поршня,
$$ \Delta V$$ – изменение объёма газа.
В некоторых случаях для расчёта работы газа в тепловом процессе удобно воспользоваться графическим методом . Суть его можно представить следующим образом. Допустим, что газ изобарно расширяется от начального объёма $$
Нетрудно убедиться, что $$ <>^<">S< >^<">=^<\text<'>>$$, т. е. работа газа при расширении от объёма $$
Если же процесс является более сложным (см. рис. 8), то и в этом случае графически работу можно найти как площадь фигуры под графиком процесса `1–2`.
Докажем это, рассмотрев переход газа из состояния 1 в состояние 2 не по кривой, а по ломаной, состоящей из $$ N$$ отрезков изохор и изобар. Работа на $$ i$$-ой изобаре (на рисунке $$ i=5$$) равна $$ _=
_·\Delta
Эту работу можно вычислить точнее, если увеличить число изобар и изохор ломаной (увеличить $$ N$$ и уменьшить $$ \Delta
так как к площади заштрихованной фигуры добавятся новые площади. Если число изобар и изохор устремить к бесконечности так, чтобы длина отрезков любой изобары и изохоры неограниченно уменьшалась, то ломаная линия совпадёт с кривой. Это и доказывает утверждение о том, что графически работу газа можно вычислить, найдя площадь фигуры под графиком процесса. Аналогично подсчитывают работу газа при его сжатии (уменьшении объёма). Необходимо только помнить, что работа газа в этом случае отрицательна.
При разбиении фигуры, образованной графиком процесса, изохорами и осью объёмов, на бесконечно малые элементы, изменение объёма записывается как $$ dV$$ (рис. 9). В этом случае малый элемент общей работы (элементарную работу) можно найти как $$ dA=p·dV$$, а всю работу получим суммированием всех элементарных работ на участке расширения:
Работа газа численно равна площади фигуры под графиком $$ p\left(V\right)$$.
Если идеальный газ находится в теплоизолированном сосуде (стенки сосуда не пропускают тепло), то работа внешней силы, совершённая над ним, равна изменению кинетически энергий молекул газа, т. е. равна изменению его внутренней энергии:
В рамках молекулярно-кинетической теории этот факт можно пояснить следующим образом. При столкновении молекулы с движущимся навстречу ей массивным поршнем перпендикулярная к поршню составляющая скорости молекулы увеличится на удвоенную скорость поршня.
Источник
Самостоятельная работа «Внутренняя энергия и способы ее изменения»
Ф.И._______________________________________ Класс __________________
Самостоятельная работа « ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ И СПОСОБЫ ЕЕ ИЗМЕНЕНИЯ »
Конвекцией называют вид теплопередачи, при котором энергия.
Передается от нагретого тела с помощью лучей.
От нагретого конца тела передается к холодному, но само вещество при этом не перемещается.
Переносится самими частицами вещества.
Каков способ теплопередачи от костра?
Ложка, опущенная в стакан с горячей водой, нагревается. Каким способом происходит теплопередача?
Каким способом происходит теплопередача при нагревании шин автомобиля при торможении?
Какое вещество обладает наибольшей теплопроводностью?
Какой вид теплопередачи связан с переносом вещества?
Все выше перечисленные
В один стакан налита холодная вода, в другой — столько же горячей воды. Одинакова ли внутренняя энергия воды в этих стаканах? _____________________________________________________________________________
Почему походная алюминиевая кружка с чаем обжигает губы, а фарфоровая — нет?
Почему оренбургские платки, связанные из тончайших волокон козьего пуха, хорошо защищают от холода?
Ф.И._______________________________________ Класс __________________
Самостоятельная работа « ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ И СПОСОБЫ ЕЕ ИЗМЕНЕНИЯ »
1 . Теплопроводностью называют вид теплопередачи, при котором энергия.
Переносится самими частицами вещества.
Передается от нагретого конца тела холодному, но само вещество при этом не перемещается.
Передается с помощью лучей.
2 . На чем основано ощущение тепла, если рука находится над горячей плитой?
3 . Каков способ теплопередачи энергии стенкам стакана, в который налит горячий чай?
4 . Как осуществляется передача энергии глиняной посуде, находящейся в печи
5 . Какое вещество обладает наименьшей теплопроводностью?
Какой вид теплопередачи не связан с переносом вещества?
И теплопроводность, и конвекция
Теплопередача всегда связана с переносом веществ
7 . Почему старое зимнее пальто со сбившейся в плотные комки ватой плохо «греет»?
8 . Возможно ли отсутствие у какого-нибудь тела внутренней энергии? Что для этого должно произойти?
9. Почему в низинах растения чаще гибнут от заморозков, чем на возвышенности?
Ф.И._______________________________________ Класс __________________
Самостоятельная работа « ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ И СПОСОБЫ ЕЕ ИЗМЕНЕНИЯ »
1 . Вид теплопередачи, при котором энергия от нагретого тела передается холодному с помощью лучей, называется.
2 . Каков способ теплопередачи водяного отопления?
3 . Благодаря какому способу теплопередачи Солнце нагревает Землю?
4 . Каков способ передачи энергии от горячего утюга ткани?
5 . Изменится ли температура тела, если оно поглощает энергии больше, чем испускает?
Температура тела не изменится.
6. Краской какого цвета следует покрывать радиаторы парового отопления для того, чтобы они отдавали больше тепла?
7 . Два медных бруска имеют одинаковую температуру, но масса одного 1 кг, а другого — 0,5 кг. Какой из двух данных брусков обладает большей внутренней энергией?
8 . Необходимо быстрее охладить воду, налитую в бак. Что лучше сделать — поставить бак на лед или положить лед на крышку бака?
9. Чай сохраняют горячим в термосе. Можно ли сохранить в нем холодный морс?
Ф.И._______________________________________ Класс __________________
Самостоятельная работа « ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ И СПОСОБЫ ЕЕ ИЗМЕНЕНИЯ »
1 . Вид теплопередачи, при котором энергия переносится самими частицами вещества, называется.
2 . Какой способ теплопередачи используется при поджаривании яичницы?
3. Какой способ теплопередачи участвует в нагревании воды солнечными лучами в открытых водоемах?
4 . Каким способом передается энергия в воде при нагревании в чайнике?
5 . Изменится ли температура тела, если оно испускает энергии больше, чем поглощает?
Температура тела не изменится.
6 . Какие тела обладают наибольшей теплопроводностью?
У всех теплопроводность одинаковая
7 . Изменится ли внутренняя энергия воды в море с наступлением ночи?
8 . Ускорится ли процесс таяния мороженого, если его положить в шубу?
9 . Дотронувшись рукой до поверхности двух тел, вам показалось, что одно из них более холодное. Можно ли из этого сделать вывод, что поверхности тел имеет разную температуру?
Ф.И._______________________________________ Класс __________________
Самостоятельная работа « ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ И СПОСОБЫ ЕЕ ИЗМЕНЕНИЯ »
1 . Излучением называют вид теплопередачи, при котором энергия.
Передается от нагретого конца тела холодному, но само вещество при этом не перемещается.
Переносится самими частицами вещества.
Передается от нагретого тела с помощью лучей.
2 . Благодаря какому способу теплопередачи нагревается термометр, вывешенный за окно?
3. Благодаря какому способу теплопередачи можно греться у камина?
4 . Каким способом передается энергия ладоням человека при быстром скольжении вниз по шесту?
5 . Какое вещество обладает наибольшей теплопроводностью?
6. Одинаково ли быстро охлаждается жидкость в темном и блестящем сосудах?
В темном быстрее
В блестящем быстрее
7 . Почему ручки кранов у баков с горячей водой делают деревянными?
8 . Объясните поговорку «Много снега – много хлеба».
9. Почему и как изменяется внутренняя энергия пилы при распиливании бревна? На основании чего вы об этом судите?
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
- Сейчас обучается 812 человек из 76 регионов
Курс профессиональной переподготовки
Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации
- Сейчас обучается 355 человек из 68 регионов
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
- Курс добавлен 23.09.2021
- Сейчас обучается 48 человек из 23 регионов
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Номер материала: ДБ-912689
Международная дистанционная олимпиада Осень 2021
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами
Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно
Попова предложила изменить школьную программу по биологии
Время чтения: 1 минута
Минпросвещения разрабатывает образовательный минимум для подготовки педагогов
Время чтения: 2 минуты
Минпросвещения будет стремиться к унификации школьных учебников в России
Время чтения: 1 минута
Российские адвокаты бесплатно проконсультируют детей 19 ноября
Время чтения: 2 минуты
Рособрнадзор откажется от ОС Windows при проведении ЕГЭ до конца 2024 года
Время чтения: 1 минута
Пензенские родители смогут попасть в школы и детсады только по QR-коду
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Источник
