Способ изменения внутренней энергии тела конспект
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
Конспект урока физики «Способы изменения внутренней энергии»
Муниципальное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 3 города Георгиевска Ставропольского края
Способы изменения внутренней энергии
(урок с использованием ИКТ)
Автор: Апросинкина Наталья Владимировна, учитель физики и информатики
МОУ СОШ №3 города Георгиевска Ставропольского края
сформировать у учащихся понятие о внутренней энергии тела; знакомство со способами изменения внутренней энергии тела
Сформировать понятия теплопередачи и изменения внутренней энергии путём совершения механической работы
Отработка и закрепление умений учащихся применять свои знания для объяснения конкретных явлений.
Развивать интерес к физике, мотивировать необходимость изучения тепловых явлений, раскрывать на интересных и важных примерах их широкое проявление в природе, показывать применение знаний о тепловых явлениях в быту и технике.
Развитие умений применять полученные знания при решении расчетных и качественных задач.
Развитие логического мышления.
Развитие коммуникативных умений и навыков при работе в классе
Развитие информационных УУН
Воспитание добросовестного отношения к труду
по информатике:
Образовательные:
Обеспечить применение практических навыков для работы с ресурсами Интернет
Развивающие:
Развитие аналитико-синтезирующего мышления (формирование умений выделять существенные признаки и свойства объектов, формировать умение делать выводы).
Развитие умений применять знания на практике .
Развитие общетрудовых и политехнических умений (развитие операционно-контрольных умений – умение пользоваться мышью, клавиатурой; оценивать результаты выполненных действий; регулировать и контролировать свои действия).
Тип урока: урок получения новых знаний с интегрирированием знаний, умений и навыков по физике и информатике.
Межпредметные связи (с трудовым обучением) – нагревание инструментов и обрабатываемых деталей во время работы в школьных мастерских.
Оборудование:
Физика: Кусок проволоки, металлическая трубка с эфиром, шнур, стакан воды, термометр, цилиндр металлический (заранее нагретый),
Информатика: Сеть Интернет.
Наглядность и демонстрации. КП «Способы изменения внутренней энергии тела». Опыты:
Вылет пробки из металлической трубки с эфиром при натирании трубки.
Нагревание воды в стакане от металлического цилиндра.
Этап подготовки учащихся к активной и сознательной работе по систематизации знаний, умений, навыков (постановка целей и задач).
Уважаемые друзья! Сегодня наш урок необычный.
Повторение изученного материала
М ы продолжаем изучать вопросы тепловых явлений. Сегодня рассматриваем способы изменения внутренней энергии. А прежде чем мы начнем говорить о способах изменения внутренней энергии, давайте вспомним материал предыдущего урока:
Физический диктант (заполнить пропуски): (слайд)
1. Нас окружают физические…
2. Они состоят из…
3. … движутся непрерывно.
4. Кинетическая энергия движущихся молекул и потенциальная энергия их взаимодействия образуют… энергию.
5. О б изменении внутренней энергии тела мы судим по…
Проверим ваши ответы (учащиеся обменивают своими ответами в парах и осуществляют взаимопроверку).
Пять правильных ответов это «5», четыре правильных ответа- «4» и так далее.
1. Нас окружают физические тела
2. Они состоят из молекул.
3. Молекулы движутся непрерывно.
4. Кинетическая энергия движущихся молекул и потенциальная энергия их взаимодействия образуют внутреннюю эн ергию.
5. О б изменении внутренней энергии тела мы судим по изменению температуры тела и деформации.
Все тела состоят из молекул, которые непрерывно движутся и взаимодействуют друг с другом.
Они обладают одновременно кинетической и потенциальной энергией.
Эти энергии и составляют внутреннюю энергию тела.
Таким образом, внутренняя энергия — это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.
Изучение нового материала
Поговорим подробнее о способах изменения внутренней энергии тела. Запишите тему урока.
Внутренняя энергия не является величиной постоянной.
Если температура тела увеличивается, увеличивается и внутренняя энергия тела. Это означает, что молекулы этого тела начинают быстрее двигаться, чаще взаимодействовать друг с другом, и, соответственно расстояние между частицами увеличивается. Следовательно, энергия этого тела тоже увеличивается.
Если же температура понижается, тело остывает, то это означает, что молекулы начинают двигаться медленнее, их кинетическая энергия и расстояние между ними уменьшается, и, следовательно, энергия тела тоже убывает.
Можно сказать, что температура является главной характеристикой внутренней энергии тела.
Итак, от каких величин зависит внутренняя энергия тела?
Когда мы говорим об изменении внутренней энергии тела, то необходимо отметить, что не сразу сложилась теория, связывающая внутреннюю энергию и движение частиц. Почти до конца 19 века считалось, что существует так называемая субстанция – теплород, которая, втекая в тело, увеличивает его внутреннюю энергию, температуру; течением этой жидкости считалась его внутренняя энергия. А если тело остывает, то этот теплород вытекает из тела, соответственно, внутренняя энергия его уменьшается.
Демонстрация: опыт по сгибанию и разгибанию медной проволоки. Место сгиба быстро становится теплым.
— Почему проволока в месте сгиба нагревается?
Обсуждая ответ на поставленный вопрос, учащиеся приходят к выводу, что, сгибая и разгибая кусок проволоки, мы совершаем механическую работу. Так как температура сгиба увеличилась, то увеличилась и средняя кинетическая энергия молекул, а значит и внутренняя энергия. Следовательно, механическая работа превратилась во внутреннюю энергию.
Рассмотрим опыт, описанный в учебнике на стр.8 (рис.4). (слайд)
Что мы совершали, натирая трубку шнуром? (Механическую работу). Как при этом изменилась внутренняя энергия жидкости внутри трубки? (Увеличилась). За счет чего увеличилась внутренняя энергия пара? (За счет совершения механической работы при натирании трубки верёвкой).
Этот способ увеличения внутренней энергии тела при трении был известен людям с глубокой древности. Именно таким способом люди добывали огонь.
Сделаем общий вывод: как можно увеличить внутреннюю энергию тела? (Совершая над ним механическую работу).
В своей жизненной практике вы также не раз сталкивались с увеличением внутренней энергии тела при совершении над ним механической работы. Работая в мастерских, например, обтачивая детали напильником, что вы замечали? (Детали нагревались).
Если мы будем совершать работу, то тем самым будем изменять энергию тела.
То же самое можно сказать о внутренней энергии: если мы будем совершать работу над телом какими -либо внешними силами, то соответственно, внутренняя энергия этого тела будет изменяться. Если само тело будет совершать работу, например, газ, расширяясь, то будет меняться внутренняя энергия самого газа.
Первые опыты по изменению внутренней энергии провел английский инженер и физик Румфорт, который в 18 веке при изготовлении пушек занимался сверлением ствола. Когда происходило сверление, Румфорт заметил, что и сверло, и сам ствол очень сильно нагреваются. В результате эксперимента он убедился, что при движении-вращении сверла можно нагреть даже воду, т.е. на вершине сверла укрепляли ведро с водой, которое в результате движения сверла, закипало, выделялась огромная энергия. Это доказывало, что внутренняя энергия тела может быть изменена при помощи совершения работы.
В технике, промышленности, повседневной практике мы постоянно встречаемся с изменением внутренней энергии тела при совершении работы: нагревание тел при ковке, при ударе; совершение работы сжатым воздухом или паром и др. (слайд)
Демонстрация: Проведём еще один опыт. В стакан с водой, имеющей температуру 20 ⁰ С опустим цилиндр с температурой 100 ⁰ С. Через некоторое время температура воды станет равна 60 ⁰ С. Но и температура цилиндра также станет 60 ⁰ С. За счёт чего повышается температура воды в стакане? (Цилиндр передаёт часть тепла воде. При этом температура (внутренняя энергия) воды становится выше, а температура (внутренняя энергия) цилиндра уменьшается). Такое явление, когда одно тело отдает энергию, а другое принимает, называется теплообменом. При теплообмене температура взаимодействующих тел становятся одинаковой. (слайд)
Совершается ли работа над телом при теплообмене? (Нет). Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплопередачей.
Изменение внутренней энергии способом теплопередачи: нагревание чайника на плите, или, если вы вдруг опустили ложку чайную в стакан с чаем, то увидите, что эта ложка нагревается, т.е. как происходит этот нагрев, без совершения работы.
Внутренняя энергия тела изменяет свою энергию и за счет теплопередачи, и за счет совершения работы.
Внутренняя энергия изменяется при помощи работы и теплопередачи. Необходимо отметить, что теплопередача может происходить тремя способами, это:
1) Процесс конвекции;
3) Процесс теплопроводности.
Внутреннюю энергию можно изменить двумя способами.
Об этом мы будем говорить на последующих уроках.
Вопрос 1. Если кусок алюминиевой проволоки расклепать на наковальне или быстро изгибать в одном и том же месте то в одну, то в другую сторону, то это место сильно нагревается. Объясните явление.
Ответ: Над проволокой совершается механическая работа. Механическая энергия превращается во внутреннюю.
Вопрос №2. Чем объясняется сильный нагрев покрышек автомобиля во время длительной езды?
Ответ. Покрышки нагреваются а счёт работы трения при частичном проскальзывании из по полотну дороги, и за счёт работы деформации покрышки при качении.
Вопрос №3. Когда автомобиль расходует больше горючего: при езде без остановки или с остановками? Почему?
Ответ: При остановке кинетическая энергия автомобиля превращается во внутреннюю энергию тормозных колодок. Чтобы каждый раз после остановки приобрести необходимую скорость, в двигателе должно быть израсходовано дополнительно некоторое количество горючего.
Ответьте на вопросы:
1. Почему при обработке детали напильником деталь и напильник нагреваются?
2. Каким способом и как изменяется внутренняя энергия продуктов, положенных в холодильник?
3. Молоток будет нагреваться, когда им забивают гвозди, а также когда он лежит на солнце. Каким образом меняется внутренняя энергия молотка в каждом случае?
4. Как древние люди добывали огонь? Как сегодня в походных условиях получают огонь?
5. Каким образом происходит нагревание двигателя и его охлаждение при движении автомобиля?
Возьмите новый целый полиэтиленовый пакет. Ополосните пакет внутри горячей водой так, чтобы остались капли. Герметично привяжите его к наконечнику велосипедного насоса или большой резиновой груши. Энергично накачайте воздух в пакет, чтобы он лопнул. В воздухе появится туман. Объясните наблюдаемое явление.
Измерьте домашним термометром температуру воды, налитой в банку или бутылку.
Плотно закройте сосуд и 10–15 мин интенсивно встряхивайте его,
после чего вновь измерьте температуру.
Чтобы исключить передачу тепла от рук, наденьте варежки или заверните сосуд в полотенце. Какой способ изменения внутренней энергии вы использовали? Поясните.
Возьмите резиновую ленту, связанную кольцом, приложите ленту ко лбу и запомните ее температуру. Удерживая резину пальцами руки, несколько раз энергично растяните и в растянутом виде снова прижмите ко лбу. Сделайте вывод о температуре и причинах, вызвавших изменение.
Подведение итогов урока
Итак, внутренняя энергия тела – это суммарная потенциальная и кинетическая энергия всех молекул тела. Молекулы обладают потенциальной энергией, т.к. взаимодействуют друг с другом. Потенциальная энергия молекул зависит от расстояния между молекулами. Расстояние между молекулами можно изменить деформацией или нагреванием. При нагревании и охлаждении расстояние между молекулами изменяется не очень сильно. Значительно расстояние между молекулами изменяется при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое. Молекулы обладают кинетической энергией, т.к. находятся в непрерывном движении. Кинетическая энергия молекул зависит от скорости движения молекул. Скорость движения молекул зависит от температуры. Следовательно, внутренняя энергия тела изменяется при деформации и изменении температуры тела.
Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: совершая над телом механическую работу и способом теплопередачи. Теплопередача также совершается также несколькими способами.
Источник
