- Какими способами нельзя изменить внутреннюю энергию тела
- Тест по физике 8 класс «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
Какими способами нельзя изменить внутреннюю энергию тела
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
Тест по физике 8 класс «Внутренняя энергия и способы ее изменения»
Ф.И._______________________________________ 8 — «___» кл
Внутренняя энергия и способы ее изменения
1. Внутренняя энергия тела зависит.
А. От скорости движения тела.
Б. От энергии движения частиц, из которых состоит тело.
В. От энергии взаимодействия частиц, из которых состоит тело.
Г. От энергии движения частиц и от энергии их взаимодействия.
2. Первый стакан с водой охладили, получив от него 1 Дж количества теплоты, а второй стакан подняли вверх, совершив работу в 1 Дж. Изменилась ли внутренняя энергия воды в первом и втором стаканах?
А. Ни в одном стакане не изменилась.
Б. В 1 — уменьшилась, во 2 — не изменилась.
В. В 1 — не изменилась, во 2 — увеличилась.
Г. В обоих стаканах уменьшилась.
Д. В 1 — уменьшилась, во 2 — увеличилась.
3. После того как распилили бревно, пила нагрелась. Каким способом изменили внутреннюю энергию пилы?
А. При совершении работы. Б. При теплопередаче.
4. Чтобы увеличить внутреннюю энергию автомобильной шины, нужно.
А. Выпустить из шины воздух.
Б. Накачать в шину воздух.
5. Два одинаковых пакета с молоком вынули из холодильника. Один пакет оставили на столе, а второй перелили в кастрюлю и вскипятили. В каком случае внутренняя энергия молока изменилась меньше?
А. В обоих случаях не изменилась.
Б. В обоих случаях изменилась одинаково.
В. В первом случае.
Г. Во втором случае
Ф.И._______________________________________ 8 — «___» кл
Внутренняя энергия и способы ее изменения
1. Каким способом можно изменить внутреннюю энергию тела?
А. Только совершением работы.
Б. Совершением работы и теплопередачей.
В. Только теплопередачей.
Г. Внутреннюю энергию тела изменить нельзя.
2. Первая пластина перемещалась по горизонтальной поверхности и в результате действия силы трения нагрелась, а вторая пластина была поднята вверх над горизонтальной поверхностью. В обоих случаях была совершена одинаковая работа. Изменилась ли внутренняя энергия пластин?
А. У первой пластины не изменилась, у второй увеличилась.
Б. У обеих пластин увеличилась.
В. У первой пластины увеличилась, а у второй не изменилась.
Г. Не изменилась ни у первой, ни у второй пластин.
3. Сок поставили в холодильник и охладили. Каким способом изменили внутреннюю энергию сока?
А. При совершении работы. Б. При теплопередаче.
4. Резиновую нить слегка растянули. Чтобы внутренняя энергия нити увеличилась ее надо.
А. Растянуть сильнее. Б. Отпустить.
5. Два алюминиевых бруска массами 100 и 300 г, взятых при комнатной температуре, нагрели до одинаковой температуры. У какого бруска внутренняя энергия изменилась больше?
A. У обоих не изменилась.
Б. У обоих одинаково.
B. У первого бруска.
Г. У второго бруска.
Ф.И._______________________________________ 8 — «___» кл
Внутренняя энергия и способы ее изменения
1. Внутренней энергией тела называют.
A. Энергию движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.
Б. Энергию движущегося тела.
B. Энергию взаимодействия молекул.
Г. Энергию тела, поднятого над Землей.
Д. Энергию движения молекул.
2. Два одинаковых камня лежали на земле. Первый камень подняли и положили на стол, а второй подбросили вверх. Изменилась ли внутренняя энергия камней?
А. У первого камня не изменилась, у второго – увеличилась.
Б. У обоих камней увеличилась.
В. У первого камня увеличилась, а у второго не изменилась.
Г. У обоих камней не изменилась.
3. Чайник с водой поставили на огонь и вскипятили воду. Каким способом изменилась внутренняя энергии воды?
А. При теплопередаче. Б. При совершении работы.
4. В сосуде находится газ. Чтобы внутренняя энергия газа уменьшилась, нужно.
A. Сжать газ. Б. Увеличить объем газа.
5. В две одинаковые кастрюли налили одинаковое количество воды. В первой кастрюле воду довели до кипения, а во второй слегка подогрели. В каком случае внутренняя энергия воды изменилась меньше?
А. В обоих случаях не изменилась.
Б. В первой кастрюле.
B. Во второй кастрюле.
Г. В обоих случаях одинаково.
Ф.И._______________________________________ 8 — «___» кл
Внутренняя энергия и способы ее изменения
1. От чего зависит внутренняя энергия тела?
А. От энергии взаимодействия частиц, из которых состоит тело.
Б. От энергии движения этих частиц.
В. От энергии движения частиц и от энергии их взаимодействия.
Г. От скорости движения тела.
2. Один стакан с водой подняли вверх, совершив работу 1 Дж, а второй нагрели, передав ему 1 Дж количества теплоты. Изменилась ли внутренняя энергия воды в каждом стакане?
А. В обоих стаканах увеличилась.
Б. В первом стакане уменьшилась, во втором увеличилась.
В. Нигде не изменилась.
Г. В первом увеличилась, во втором не изменилась.
Д. В первом не изменилась, во втором увеличилась.
3. При затачивании топор нагревается. Каков способ изменения внутренней энергии топора?
А. При теплопередаче. Б. При совершении работы.
4. В каком из перечисленных случае внутренняя энергия воды не меняется: 1) воду несут в ведре; 2) воду переливают из ведра в чайник; 3) воду нагревают до кипения.
А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 1 и 2. Д. 1 и 3. Е. 2 и 3. Ж. 1, 2, 3.
5. Два медных бруска массами 400 и 200 г, взятых при комнатной температуре, охладили до одной и той же температуры. У какого бруска внутренняя энергия изменилась больше?
А. У первого бруска.
Б. У второго бруска.
В. У обоих одинаково.
Г. У обоих не изменилась.
Ф.И._______________________________________ 8 — «___» кл
Внутренняя энергия и способы ее изменения
1. Каким способом можно изменить внутреннюю энергию тела?
А. Совершением работы и теплопередачей.
Б. Внутреннюю энергию тела изменить нельзя.
В. Только совершением работы.
Г. Только теплопередачей.
2. Первую пластину подняли вверх над горизонтальной поверхностью, а вторую несколько раз изогнули, в результате чего она нагрелась. Работа в обоих случаях была совершена одинаковая. Изменилась ли внутренняя энергия пластин?
А. У первой пластины увеличилась, а у второй не изменилась.
Б. Нигде не изменилась.
В. У первой не изменилась, а у второй увеличилась.
Г. У обеих пластин увеличилась.
3. Кувшин с молоком отнесли в погреб, где оно охладилось. Каким способом изменилась внутренняя энергия молока?
А. При совершении работы. Б. При теплопередаче.
4. Пружину слегка сжали. Что нужно сделать, чтобы увеличить внутреннюю энергию пружины?
А. Сжать пружину сильнее. Б. Отпустить пружину.
5. Одну из двух одинаковых серебряных ложек опустили в стакан с кипятком, а другую в стакан с тёплой водой. В каком случае внутренняя энергия ложки изменится меньше?
А. В обоих случаях не изменится.
Б. И обоим случаях одинаково.
В. В первом случае.
Г. Во втором случае.
Ф.И._______________________________________ 8 — «___» кл
Внутренняя энергия и способы ее изменения
1. Энергию движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называют.
A. Механической энергией.
Б. Кинетической энергией.
B. Потенциальной энергией.
Г. Внутренней энергией.
2. Два камня лежали на столе. Первый камень начал падать со стола, а второй взяли и положили на землю. Изменилась ли внутренняя энергия камней?
А. У первого увеличилась, а у второго не изменилась.
Б. У обоих камней уменьшилась.
В. У первого не изменилась, а у второго уменьшилась.
Г. Ни у одного камня не изменилась.
3. После того как деталь обработали напильником, деталь нагрелась. Каким способом изменили внутреннюю энергию детали?
А. При совершении работы. Б. При теплопередаче.
4. В каком из перечисленных случаев внутренняя энергия чашки не изменилась: 1) чашку переставили из шкафа на стол; 2) чашку передвинули по столу; 3) в чашку налили горячий чай.
А. 1,2, 3. Б. 1. В. 2. Г. 3. Д. 1 и 2. Е. 1 и 3. Ж. 2 и 3.
5. Два железных бруска массами 200 и 300 г, взятых при комнатной температуре, охладили до одинаковой температуры. У какого бруска внутренняя энергия изменилась больше?
А. У первого бруска.
Б. У второго бруска.
В. У обоих не изменилась.
Г. У обоих одинаково.
ОТВЕТЫ НА ТЕСТ 
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
- Сейчас обучается 832 человека из 77 регионов
Курс профессиональной переподготовки
Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации
- Сейчас обучается 359 человек из 70 регионов
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
- Курс добавлен 23.09.2021
- Сейчас обучается 47 человек из 23 регионов
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Номер материала: ДБ-741561
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
Пензенские родители смогут попасть в школы и детсады только по QR-коду
Время чтения: 1 минута
Рособрнадзор откажется от ОС Windows при проведении ЕГЭ до конца 2024 года
Время чтения: 1 минута
В России выбрали топ-10 вузов по работе со СМИ и контентом
Время чтения: 3 минуты
Минпросвещения будет стремиться к унификации школьных учебников в России
Время чтения: 1 минута
Минпросвещения разрабатывает образовательный минимум для подготовки педагогов
Время чтения: 2 минуты
Российские адвокаты бесплатно проконсультируют детей 19 ноября
Время чтения: 2 минуты
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
