Способы изменения внутренней энергии тела таблица с примерами

Способы изменения внутренней энергии

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 82.

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 82.

Понятие внутренней энергии было сформулировано физиками прежде всего для построения теории, объясняющей тепловые явления. Для объяснения процессов теплопередачи, физическое тело рассматривается как система, состоящая из большого количества частиц (атомов и молекул). Сумма энергий всех частиц, составляющих тело (кинетическая и потенциальная), по определению является внутренней энергией физического тела. Рассмотрим основные способы изменения внутренней энергии.

Первый закон термодинамики и внутренняя энергия

Когда работа A совершается в результате механического движения тела как целого, или его взаимодействия с другими телами, то знание величины внутренней энергии U не требуется для расчетов. Напротив, когда работа сопровождается передачей тепла Q, то без знания закономерности, отражающей связь этих величин между собой, уже не обойтись. Эту связь устанавливает первый закон термодинамики, который формулируется следующим образом: изменение внутренней энергии ΔU в неизолированной термодинамической системе равно сумме работы внешних сил A и количества теплоты Q, переданного системе, что выражается в виде формулы:

Если же сама термодинамическая система, получив тепло Q, совершает работу А, то формула (1) принимает следующий вид:

Представления о внутренней энергии сложились далеко не сразу. В течение ХIХ века существовала теория теплорода, предложенная французским ученым Лавуазье. Считалось, что теплород — это некая субстанция (особый вид материи), при втекании которой в тело, его температура увеличивается, а при вытекании происходит уменьшение температуры. Многочисленные эксперименты, проведенные в начале ХIХ века, полностью опровергли эту теорию и развеяли миф о теплороде.

Изменение величины внутренней энергии с помощью работы

Итак, в соответствии с первым законом термодинамики внутренняя энергия вещества, из которого состоит данное тело, изменится если над ним будет совершена работа внешними силами, либо само тело совершит работу. Приведем ряд примеров:

• Когда мы забиваем гвоздь молотком в доску, или отрезаем ножовкой по металлу кусок трубы, то легко обнаружить, что происходит повышение температуры (разогрев) всех “участников” произведенных действий: гвоздя, молотка, ножовки и трубы. В обоих случаях была произведена работа по преодолению силы трения;
• Если взять металлическую проволоку, и произвести некоторое количество сгибаний и разгибаний, то также нетрудно будет заметить, что температура металла за счет этих деформаций увеличилась;
• Так как величина внутренней энергии пропорциональна температуре тела, то, следовательно, произошло ее увеличение за счет произведенной нами работы. Приведенные примеры описываются формулой (1);
• Работа, которую совершает нагретый пар в тепловом двигателе, вращая турбину, уменьшает его внутреннюю энергию. Для этого примера справедлива формула (2).

Изменение величины внутренней энергии с помощью передачи тепла

Количество теплоты Q, полученное телом извне или, наоборот, переданное от себя другому телу — второй механизм, приводящий к изменению внутренней энергии ΔU. Передача энергии от одного тела к другому без совершения работы называется теплообменом или теплопередачей. Теплообмен возможен только между телами, имеющими разную температуру, в результате чего происходит передача части внутренней энергии от тела с более высокой температурой к телу, имеющему низкую температуру.

Существует три основных механизма теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение:

• Механизм теплопроводности связан с передачей тепла от более нагретого тела к менее нагретому. Например, когда кастрюля с холодной водой ставится на разогретую газовую или электроплиту, то нагрев происходит за счет этого механизма, суть которого заключается в передаче энергии “горячих” молекул газового пламени или молекул раскаленной электрической спирали;
• Конвекция представляет собой перенос внутренней энергии в газах и жидкостях в результате циркуляции потоков вещества и последующего перемешивания. Простым примером для понимания характера этого механизма служит работа кондиционера в помещении, когда поток охлажденного им воздуха начинает перемешиваться с более теплым, что приводит к общему понижению температуры в квартире или офисе;
• Передача тепла с помощью излучения происходит в виде электромагнитных волн. Этот механизм может проистекать даже в вакууме. Часть внутренней энергии преобразуется в электромагнитную энергию, которая распространяется в пространстве и после попадания на другое тело, поглощается им. Таким образом происходит изменение внутренней энергии обоих тел. Чем больше температура тела, тем больше энергии передается с помощью излучения.

Рис. 1. Излучение – один из механизмов теплопередачи.

Изменение внутренней энергии с помощью химических реакций

Внутренняя энергия системы, представляющая собой смесь разных веществ, может изменяться в результате химических реакций, в которые эти вещества вступают между собой. При этом в результате тепло Q может либо выделяться (экзотермическая реакция), либо поглощаться (эндотермическая реакция). В первом случае внутренняя энергия уменьшается, а во втором — увеличивается.

Примером реакции с выделением тепла Q может служить реакция горения метана в кислороде:

$ СH_4 + 2O_2 = CO_2 + 2*H_2O + Q $ (3).

Пример реакции с поглощением тепла — разложение карбоната кальция СaCO₃ на углекислый газ CO₂ и оксид кальция (негашеная известь) CaO:

$ СaCO_3 = CaO + CO_2 – Q $ (4).

Все перечисленные способы изменения внутренней энергии можно представить в виде следующей таблицы:.

Рис. 2. Таблица изменений внутренней энергии физических тел.

Физики научились регистрировать и измерять тепловое излучение, что позволило создать удивительные приборы, которые называются тепловизорами. Этими устройствами можно бесконтактно (на расстоянии) измерять температуру на поверхности различных тел, в том числе на теле человека. Тепловизоры применяются в медицине, в военной технике, в промышленности.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что внутреннюю энергию тела можно изменить либо с помощью совершения работы А, либо с помощью передачи количества теплоты Q. Существует три основных механизма теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Внутренняя энергия может также изменяться в результате химических реакций.

Источник

Статья «СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ ТЕЛА. Информационные материалы и методические указания к уроку».

Статья «СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ ТЕЛА. Информационные материалы и методические указания к уроку».

1. Внутренняя энергия тела изменяется при изменении

скорости движения его молекул. Какими же

способами можно увеличить или уменьшить эту скорость?

Обратимся к опыту.

На подставке (рис. 4) укреплена тонкостенная

латунная трубка, в которую налито немного эфира,

трубка плотно закрыта пробкой. Трубку обвивают

веревкой и быстро двигают веревку то в одну, то

в другую сторону. Через некоторое время эфир закипит

и его пар вытолкнет пробку. Этот опыт показывает,

что внутренняя энергия эфира увеличилась:

ведь он нагрелся и даже закипел. Это увеличение

внутренней энергии произошло в результате работы,

совершенной при натирании веревкой трубки.

Тела нагреваются также при ударах, разгибании

и сгибании, вообще при деформации. Во всех этих

случаях за счет совершенной работы увеличивается

внутренняя энергия тел.

Итак, внутреннюю энергию тела можно увеличить

путем совершения работы над телом.

Если же работу совершает само тело, то внутренняя

энергия его при этом уменьшается. Это можно

наблюдать на следующем опыте.

Берут толстостенный стеклянный сосуд, закрытый

пробкой. Через специальное отверстие в сосуд накачивают

воздух. Через некоторое время пробка выскакивает

из сосуда (рис. 5). В тот момент, когда

пробка выскочит, в сосуде появится туман. Его появление

означает, что воздух в сосуде стал холоднее

(вспомните, что и на улице туман появляется во время

Находящийся в сосуде сжатый воздух, выталкивая

пробку, совершает работу. Эту работу он совершает

за счет своей внутренней энергии, которая при

этом уменьшается, об ее уменьшении мы судим по

охлаждению воздуха в сосуде.

2. Известно, однако, что внутреннюю энергию

тела можно изменить и другим способом, без совершения

работы. Без совершения работы нагреваются

чайник с водой, стоящий на плите, металлическая

ложка, опущенная в стакан с горячим чаем, печь,

в которой разведен огонь, крыша дома, освещаемая

лучами солнца, и т. п. Во всех этих случаях тоже повышается

температура тел, а.значит, увеличивается

и их внутренняя энергия. Как объяснить ее увеличение?

Как, например, нагревается холодная металлическая

ложка, опущенная в горячий чай? Скорости

теплового движения частиц горячей воды больше

скоростей частиц холодного металла. В тех местах,

где ложка соприкасается с водой, частицы горячей

воды передают часть своей кинетической энергии

частицам холодного металла. Поэтому энергия частиц

воды в среднем уменьшается, а энергия частиц

металла увеличивается: температура воды уменьшается,

а температура ложки увеличивается — температуры

их постепенно выравниваются. С уменьшением

кинетической энергии молекул воды уменьшается

и внутренняя энергия всей воды, находящейся

в стакане, а внутренняя энергия ложки увеличивается.

Ту часть внутренней энергии, которая перешла от

воды к ложке, называют к о л и ч е с т в о м т е п л о ты.

Для нее применяют также названия: «теплота»

или «тепло». Поэтому и тот способ изменения внутренней

энергии, при котором над телом не совершается

работа, а энергия передается от одних частиц

к другим, называют п е р е д а ч ей т е п л о ты

или т е п л о п е р е д а ч е й.

Итак, внутреннюю энергию тела можно изменить

двумя способами: совершением механической

работы или теплопередачей.

Когда тело уже нагрето, мы не можем указать,

каким из двух способов это было сделано. Так, держа

в руках нагретую стальную спицу, мы не можем

сказать, каким способом ее нагрели — натирая ее

или помещая в пламя.

1. Приведите примеры, показывающие, что внутренняя энергия

тела увеличивается при совершении над телом работы.

2. Опишите опыт, показывающий, что за счет своей внутренней

энергии тело может совершить работу. 3. Приведите

примеры увеличения внутренней энергии тела способом теплопередачи.

4. Объясните с точки зрения молекулярного строения

вещества теплопередачу. 5. Какими двумя способами

можно изменить внутреннюю энергию тела?

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

• Сейчас обучается 829 человек из 76 регионов

Курс профессиональной переподготовки

Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации

• Сейчас обучается 358 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»

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

также Вы можете выбрать тип материала:

Общая информация

Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

Похожие материалы

Статья «ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ. Информационные материалы и методические указания к уроку».

Статья «ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ. ПЕРЕХОД МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ВО ВНУТРЕННЮЮ ЭНЕРГИЮ. Информационные материалы и методические указания к уроку».

Самостоятельная работа по теме: «Плотность вещества» физика 7 класс

Самостоятельная работа по теме: «Расчет массы и объема тела по его плотности» физика 7 класс

Самостоятельная работа по теме: «Сила. Явление тяготения. Сила тяжести. Связь между силой тяжести и массой тела» физика 7 класс

Самостоятельная работа по теме: «Сила упругости. Закон Гука. Динамометр» физика 7 класс

Самостоятельная работа по теме: «Вес тела» физика 7 класс

Самостоятельная работа по теме «Равнодействующая сила» физика 7 класс

Не нашли то что искали?

Воспользуйтесь поиском по нашей базе из
5308283 материала.

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

Рособрнадзор откажется от ОС Windows при проведении ЕГЭ до конца 2024 года

Время чтения: 1 минута

Минпросвещения будет стремиться к унификации школьных учебников в России

Время чтения: 1 минута

Правительство предложило потратить до 1 млрд рублей на установку флагов РФ у школ

Время чтения: 1 минута

В Москве запустили онлайн-проект по борьбе со школьным буллингом

Время чтения: 2 минуты

Попова предложила изменить школьную программу по биологии

Время чтения: 1 минута

Минпросвещения разрабатывает образовательный минимум для подготовки педагогов

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