Каким способом можно измерить внутреннюю энергию тепла

Способы измерения внутренней энергии

Описание презентации по отдельным слайдам:

Способы изменения внутренней энергии. Преподаватель физики: НАГОГА ЕКАТЕРИНА МИХАЙЛОВНА Барабинский филиал Новосибирского колледжа транспортных технологий имени Н. А. Лунина. Граф Румфорд (англ. физик Томпсон) так объяснил свой интерес к науке о теплоте : «Обедая, я часто замечал, что ….яблочные пироги…оставались горячими удивительно долго. Сильно пораженный….я всегда пытался, но все напрасно, найти хоть какое-нибудь объяснение удивительному явлению».

Цели: 1. Учебные: вести понятие внутренней энергии, работы в термодинамике; ознакомить обучающихся с первым началом термодинамики; 2. Развивающие: содействовать развитию речи, мышления, овладению методами научного исследования: анализа и синтеза. 3. Воспитательные: формировать познавательный интерес; формирование положительной мотивации к учению; воспитание дисциплинированности, эстетического восприятия мира.

Повторение домашнего задания: 1. По характеру относительного расположения частиц, тв. тела делятся на какие виды? ОТВЕТ: Кристаллы, аморфные тела. 2. Что из себя представляют кристаллы? ОТВЕТ: В кр. телах молекулы, атомы и ионы расположены в определенном порядке в форме кристаллической решетки образуя дальний порядок. Примеры: железо, серебро, медь, лед, графит, алмаз, соль, сахар. 3. Что из себя представляют аморфные тела? ОТВЕТ: Аморфные тела не имеют строгого порядка в расположении молекул, они расположены в форме кристаллической решетки образуя ближний порядок. Примеры: стекло, канифоль, смола, каучук, пластмасса, свечи, парафин. 4. Перечислите основные свойства кристаллических тел? Ответ: Сохраняет обьем и форму, анизотропны. 5. Перечислите основные свойства аморфных тел? ОТВЕТ: Сохраняет обьем и форму при низких температурах, с повышением температуры ведут себя как вязкие жидкости, изотропны. 6. Что представляет из себя монокристалл? ОТВЕТ: Монокристалл – твердое тело, частицы которого образуют единую кр. решетку. 7. Что представляет из себя поликристалл? ОТВЕТ: Поликристалл – твердое тело, состоящее из беспорядочно ориентированных монокристаллов.

Что такое ТЕРМОДИНАМИКА? — это раздел физики, исследующий свойства макроскопических тел с энергетических позиций. Макроскопические тела имеют параметры Р, V, T: P- давление V- объем Т-термодинамическая температура.

Внутренняя энергия- это…….. ? — суммарная кинетическая энергия движения и взаимодействия молекул. — для одноатомного газа При использовании уравнения Менделеева- Клапейрона U=3/2 PV Внутренняя энергия двухатомного газа: U=5/2 PV Внутренняя энергия произвольного идеального газа: U=i/2 PV

ДВА СПОСОБА ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ Теплообмен- тело получает или отдает некоторое количество теплоты в процессе теплопередачи. теплообмен теплопроводность конвекция излучение Энергия передается от более нагретого тела, к менее нагретому. Энергия, переданная системе или полученная системой при теплообмене, называется количеством теплоты

К тепловым явлениям относятся: Q- количество теплоты. Единица измерения — Дж Если система получает тепло, то Q> 0, если отдает Q 8 слайд

2. Совершение механической работы: Если работа совершается над телом, то его внутренняя энергия увеличивается; если же тело само совершает работу, это ведет к уменьшению его внутренней энергии. Работа газа: А= + рV или А= — рV V > 0 — газ совершает положительную работу; V 9 слайд

Закрепление изученного. Решение задач. В стальном баллоне находится гелий массой 0,5 кг при температуре 10 º С. Как изменится внутренняя энергия гелия, если его температура повысится до 30 º С. Воздух находится под давлением 3*10^5 Па и занимает объём 0,6 м^3. Какая работа будет совершена при уменьшении его объёма до 0,2 м^3.

Самостоятельная работа. Закончите фразы: 1) Количество теплоты – количественная характеристика изменения внутренней энергии системы путем . а) совершения работы. б) передачи электроэнергии. в) совершения работы и теплообмена. г) теплообмена. 2) Внутренняя энергия – это . а) энергия, зависящая только от внутреннего состояния системы. б) энергия тел, входящих в термодинамическую систему. в) кинетическая энергия движения молекул. г) потенциальная энергия атомов. 3) Какое определение ошибочно? Внутренней энергией тела называется . а) энергия этого тела за вычетом механической энергии тела как целого. б) сумма кинетической и потенциальной энергии всех частиц, составляющих тело. в) сумма кинетических энергии молекул. г) все определения неправильны. 4) Внутреннюю энергию можно изменить: а) можно изменить только путем теплопередачи. б) нельзя изменить. в) можно изменить только путем совершения работы. г) можно изменить путем совершения работы и теплопередачи. 5) Термодинамическая система – это . а) совокупность тел с разными температурами. б) тела, обладающие высокой температурой. в) совокупность макроскопических тел, обменивающихся друг с другом энергией г) совокупность макроскопических тел и полей, обменивающихся друг с другом и внешней средой энергией и веществом. 6) Наука, исследующая свойства макроскопических тел с энергетических позиций, называется . а) молекулярно-кинетическои теорией. б) динамикой. в) термодинамикой. г) энергодинамикои.

Домашнее задание § 75-77, упражнение 15 № 1,2

Источник

Внутренняя энергия

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 198.

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 198.

Энергия как физическая величина характеризует способность физических объектов совершать работу. Механическая энергия является суммой потенциальной и кинетической энергий, которые зависят от взаимного расположения тел и скорости их движения. С помощью характеристики внутренней энергии в физике объясняются процессы, когда работа может совершаться покоящимся телом за счет энергии отдельных частиц, из которых состоит это тело.

Примеры внутренней энергии

Если в лабораторную колбу налить немного воды, закрыть ее пробкой и поставить нагреваться на плитке, то через некоторое время пробка выскочит под давлением пара, который образуется в результате кипения воды. То есть будет произведена работа по выталкиванию (перемещению) пробки, хотя весь объем пара (как целое) находился в состоянии покоя. Электрическая энергия перешла в тепло, которое довело воду до точки кипения, и образовавшийся пар (газообразное состояние воды) вытолкнул пробку. На совершение работа была затрачена внутренняя энергия пара.

Откуда берется эта энергия?

Все физические объекты (твердые, жидкие и газообразные) состоят из атомов и молекул, которые находятся в постоянном движении. В газах атомы и молекулы перемещаются внутри всего объема хаотично. В жидкостях длина пробега намного меньше, а в твердом теле молекулы колеблются в узлах кристаллической решетки. При повышении температуры возрастают скорость перемещения частиц, то есть увеличивается их кинетическая энергия, которая равняется:

E_k — кинетическая энергия;

Все частицы взаимодействуют друг с другом (притягиваются, отталкиваются), а значит обладают еще и потенциальной энергией E_п. Сумма этих двух энергий является внутренней энергией системы, которую обозначают U:

Скорости молекул в газах сильно зависят от массы молекул и температуры. Например, при комнатной температуре средняя скорость молекул в водороде составляет 1930 м/сек, а в кислороде — 480 м/сек.

Как измерить внутреннюю энергию?

Внутренняя энергия тела может изменяться под воздействием внешней средой либо получая или отдавая тепло Q, либо совершая работу А. Экспериментально можно измерить только изменение внутренней энергии U. Первый закон термодинамики устанавливает формулу нахождения U:

Величину совершенной работы и полученное (или отданное) тепло можно измерить, а значит можно определить изменение внутренней энергии.

Рис. 3. Способы изменения внутренней энергии.

Молекулярная внутренняя энергия идеального газа

Идеальным газом называют такую среду, в которой расстояния между молекулами настолько велики, что друг с другом они не взаимодействуют, а значит внутренняя энергия газа представляет собой только сумму кинетических энергий всех молекул. Для такой модели удается получить формулу для вычисления внутренней энергии U:

m — масса газа, кг;

M — молярная масса газа, кг/моль;

T — температура газа;

R — универсальная газовая постоянная, R = 8,3144598 Дж/(моль*К).

Из этой формулы следует, что внутренняя энергия идеального газа U зависит только от температуры.

Реальные физические объекты (газов, жидкостей, твердых тел) такая модель не описывает, так как необходимо учитывать энергию взаимодействия между частицами. Значит появится зависимость от объема тела.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что внутренняя энергия тела — это сумма кинетической и потенциальной энергий всех частиц тела. В идеальном газе внутренняя энергия зависит только от температуры. Изменить внутреннюю энергию можно только либо с помощью совершения работы, либо подведения (или отбора) тепла к телу.

Источник

Внутренняя энергия

Тело состоит из молекул и, каждая молекула движется. Значит, она обладает энергией движения. Энергию движения называют кинетической энергией. Чем выше температура, тем быстрее двигаются молекулы, значит, тем больше их кинетическая энергия.

Молекулы могут действовать друг на друга – взаимодействовать. То есть, могут притягиваться к другим молекулам, или отталкиваться от других молекул. Физики говорят, когда есть взаимодействие (притяжение, или отталкивание), есть потенциальная энергия такого взаимодействия. Значит, каждая молекула обладает потенциальной энергией.

Способ подсчета внутренней энергии тел

Найдем внутреннюю энергию тела. Для этого посчитаем кинетическую энергию каждой молекулы. Затем сложим кинетические энергии всех молекул тела, получим суммарную кинетическую энергию.

Точно так же поступим с потенциальной энергией – посчитаем потенциальную энергию каждой молекулы тела и сложим потенциальные энергии всех молекул тела. Получим суммарную потенциальную энергию всех молекул.

Сложив общую кинетическую энергию молекул и общую потенциальную энергию, получим внутреннюю энергию тела.

Внутреннюю энергию тела обозначают символом U и измеряют в Джоулях в честь физика Джеймса Прескотта Джоуля.

Примечание: Внутренняя энергия тела – это сумма кинетической и потенциальной энергии всех молекул этого тела.

\(\large U \left( \text <Дж>\right) \) – внутренняя энергия тела.

\(\large E_<\text<к всех молекул>> \left( \text <Дж>\right) \) – суммарная энергия движения молекул (кинетическая энергия).

\(\large E_<\text<п всех молекул>> \left( \text <Дж>\right) \) – суммарная энергия притяжения и отталкивания молекул (потенциальная энергия).

Можно ли изменять внутреннюю энергию тел

Внутреннюю энергию тела можно изменять – увеличивать, или уменьшать. Это можно сделать двумя способами: с помощью работы, либо с помощью теплопередачи.

Для того, чтобы увеличить внутреннюю энергию тела, нужно его нагреть (передать ему тепловую энергию), или совершить работу над телом.

А чтобы внутреннюю энергию тела уменьшить, его нужно охладить (отобрать у него тепловую энергию), или сделать так, чтобы тело совершило работу над каким-либо другим телом.

Примечание: Внутренняя энергия тела уменьшается, когда тело совершает работу.

Читайте подробнее о нескольких способах теплопередачи.

От чего зависит внутренняя энергия тела

Внутренняя энергия тела зависит от:

— агрегатного состояния (газообразное, жидкое, твердое),

— некоторых других факторов.

Чем выше температура тела, тем больше его внутренняя энергия.

Математики запишут это так: Внутренняя энергия – это функция температуры. Или сокращенно:

Символом T обозначена температура тела.

При равных температурах газы обладают наибольшей внутренней энергией. Внутренняя энергия жидкостей меньше, чем у газов. А внутренняя энергия твердых тел ниже, чем энергия жидкостей. Это можно изобразить с помощью рисунка 2:

Источник

Каким способом можно измерить внутреннюю энергию тепла

Существуют два вида механической энергии: кинетическая и потенциальная. Сумма кинетической и потенциальной энергии тела называется его полной механической энергией, которая зависит от скорости движения тела и от его положения относительно того тела, с которым оно взаимодействует. Если тело обладает энергией, то оно может совершить работу. При совершении работы энергия тела изменяется. Значение работы равно изменению энергии. (подробнее о Механической энергии в конспекте «Механическая энергия. Закон сохранения энергии»)

Внутренняя энергия

Если в закрытую пробкой толстостенную банку, дно которой покрыто водой, накачивать, то через какое-то время пробка из банки вылетит и в банке образуется туман. Пробка вылетела из банки, потому что находившийся там воздух действовал на неё с определённой силой. Воздух при вылете пробки совершил работу. Известно, что работу тело может совершить, если оно обладает энергией. Следовательно, воздух в банке обладает энергией.

При совершении воздухом работы понизилась его температура, изменилось его состояние. При этом механическая энергия воздуха не изменилась: не изменились ни его скорость, ни его положение относительно Земли. Следовательно, работа была совершена не за счёт механической, а за счёт другой энергии. Эта энергия — внутренняя энергия воздуха, находящегося в банке.

Внутренняя энергия тела – это сумма кинетической энергии движения его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. Кинетической энергией (Ек) молекулы обладают, так как они находятся в движении, а потенциальной энергией (Еп), поскольку они взаимодействуют. Внутреннюю энергию обозначают буквой U. Единицей внутренней энергии является 1 джоуль (1 Дж). U = Eк + En.

Способы изменения внутренней энергии

Чем больше скорости движения молекул, тем выше температура тела, следовательно, внутренняя энергия зависит от температуры тела. Чтобы перевести вещество из твёрдого состояния в жидкое состояние, например, превратить лёд в воду, нужно подвести к нему энергию. Следовательно, вода будет обладать большей внутренней энергией, чем лёд той же массы, и, следовательно, внутренняя энергия зависит от агрегатного состояния тела.

Внутреннюю энергию можно изменить при совершении работы. Если по куску свинца несколько раз ударить молотком, то даже на ощупь можно определить, что кусок свинца нагреется. Следовательно, его внутренняя энергия, так же как и внутренняя энергия молотка, увеличилась. Это произошло потому, что была совершена работа над куском свинца.

Если тело само совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается, а если над ним совершают работу, то его внутренняя энергия увеличивается.

Если в стакан с холодной водой налить горячую воду, то температура горячей воды понизится, а холодной воды — повысится. В рассмотренном примере механическая работа не совершается, внутренняя энергия тел изменяется путём теплопередачи, о чем и свидетельствует понижение её температуры.

Молекулы горячей воды обладают большей кинетической энергией, чем молекулы холодной воды. Эту энергию молекулы горячей воды передают молекулам холодной воды при столкновениях, и кинетическая энергия молекул холодной воды увеличивается. Кинетическая энергия молекул горячей воды при этом уменьшается.

Теплопередача – это способ изменения внутренней энергии тела при передаче энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому без совершения работы.

Конспект урока по физике в 8 классе «Внутренняя энергия».

Источник