Інтеграція середньо спеціальної освіти з професійно технічних. Розробка і впровадження технології інтегративно проектного навчання студентів технічних спеціальностей установ спо

теми кодификатора ЄДІ : Внутрішня енергія, теплопередача, види теплопередачі.

Частинки будь-якого тіла - атоми або молекули - здійснюють хаотичний безперервний рух (так зване тепловий рух). Тому кожна частка має деяку кінетичну енергію.

Крім того, частинки речовини взаємодіють один з одним силами електричного тяжіння і відштовхування, а також за допомогою ядерних сил. Стало бути, вся система частинок даного тіла має ще й потенційну енергію.

Кінетична енергія теплового руху частинок і потенційна енергія їх взаємодії разом утворюють новий вид енергії, що не зводиться до механічної енергії тіла (тобто кінетичної енергії руху тіла як цілого і потенційної енергії його взаємодії з іншими тілами). Цей вид енергії називається внутрішньою енергією.

Внутрішня енергія тіла - це сумарна кінетична енергія теплового руху його частинок плюс потенційна енергія їх взаємодії один з одним.

Внутрішня енергія термодинамічної системи - це сума внутрішніх енергій тіл, що входять в систему.

Таким чином, внутрішню енергію тіла утворюють такі складові.

1. Кінетична енергія безперервного хаотичного руху частинок тіла.
2. Потенційна енергія молекул (атомів), обумовлена \u200b\u200bсилами міжмолекулярної взаємодії.
3. Енергія електронів в атомах.
4. внутрішньоядерних енергія.

У разі найпростішої моделі речовини - ідеального газу - для внутрішньої енергії можна отримати явну формулу.

Внутрішня енергія одноатомного ідеального газу

Потенційна енергія взаємодії частинок ідеального газу дорівнює нулю (нагадаємо, що в моделі ідеального газу ми нехтуємо взаємодією частинок на відстані). Тому внутрішня енергія одноатомного ідеального газу зводиться до сумарної кінетичної енергії поступального (у багатоатомного газу доводиться ще враховувати обертання молекул і коливання атомів всередині молекул) руху його атомів. Цю енергію можна знайти, помноживши число атомів газу на середню кінетичну енергію одного атома:

Ми бачимо, що внутрішня енергія ідеального газу (маса і хімічний склад якого неізменнни) є функцією лише його температури. У реального газу, рідини або твердого тіла внутрішня енергія буде залежати ще і від об'єму - адже при зміні обсягу змінюється взаємне розташування частинок і, як наслідок, потенційна енергія їх взаємодії.

функція стану

Найважливіша властивість внутрішньої енергії полягає в тому, що вона є функцією стану термодинамічної системи. А саме, внутрішня енергія однозначно визначається набором макроскопічних параметрів, що характеризують систему, і не залежить від «передісторії» системи, тобто від того, в якому стані система перебувала колись і яким саме чином вона опинилася в даному стані.

Так, при переході системи з одного стану в інший зміна її внутрішньої енергії визначається лише початковим і кінцевим станами системи і не залежить від шляху переходу з початкового стану в кінцеве. Якщо система повертається в початковий стан, то зміна її внутрішньої енергії дорівнює нулю.

Досвід показує, що існує лише два способи зміни внутрішньої енергії тіла:

Вчинення механічної роботи;
теплопередача.

Попросту кажучи, нагріти чайник можна лише двома принципово різними способами: Терти його чимось або поставити на вогонь :-) Розглянемо ці способи докладніше.

Зміна внутрішньої енергії: здійснення роботи

Якщо робота виконується над тілом, то внутрішня енергія тіла зростає.

Наприклад, цвях після удару по ньому молотком нагрівається і трохи деформується. Але температура - це міра середньої кінетичної енергії частинок тіла. Нагрівання цвяха свідчить про збільшення кінетичної енергії його частинок: справді, частинки розганяються від удару молотком і від тертя цвяха об дошку.

Деформація ж є не що інше, як зміщення часток один щодо одного; цвях після удару зазнає деформацію стиску, його частинки зближуються, між ними зростають сили відштовхування, і це призводить до збільшення потенційної енергії частинок цвяха.

Отже, внутрішня енергія цвяха збільшилася. Це стало результатом здійснення над ним роботи - роботу зробили молоток і сила тертя об дошку.

Якщо ж робота виконується самим тілом, то внутрішня енергія тіла зменшується.

Нехай, наприклад, стиснене повітря в теплоизолированном посудині під поршнем розширюється і піднімає якийсь вантаж, здійснюючи тим самим роботу (процес в теплоизолированном посудині називається адіабатних. Ми вивчимо Адіабатний процес при розгляді першого закону термодинаміки). В ході такого процесу повітря буде охолоджуватися - його молекули, б'ючи навздогін по рухомому поршня, віддають йому частину своєї кінетичної енергії. (Точно так же футболіст, зупиняючи ногою швидко летить м'яч, робить нею рух від м'яча і гасить його швидкість.) Стало бути, внутрішня енергія повітря зменшується.

Повітря, таким чином, робить роботу за рахунок своєї внутрішньої енергії: оскільки посудину теплоізольований, немає припливу енергії до повітря від будь-яких зовнішніх джерел, і черпати енергію для здійснення роботи повітря може тільки з власних запасів.

Зміна внутрішньої енергії: теплопередача

Теплопередача - це процес переходу внутрішньої енергії від більш гарячого тіла більш холодному, не пов'язаний з вчиненням механічної роботи. Теплопередача може здійснюватися або при безпосередньому контакті тіл, або через проміжну середу (і навіть через вакуум). Теплопередача називається ще теплообміном.

Розрізняють три види теплопередачі: теплопровідність, конвекція і теплове випромінювання.

Зараз ми розглянемо їх більш детально.

теплопровідність

Якщо залізний стрижень сунути одним кінцем у вогонь, то, як ми знаємо, довго його в руці не протримаєш. Потрапляючи в область високої температури, атоми заліза починають коливатися інтенсивніше (тобто набувають додаткову кінетичну енергію) і наносять більш сильні удари по своїм сусідам.

Кінетична енергія сусідніх атомів також зростає, і тепер уже ці атоми повідомляють додаткову кінетичну енергію своїм сусідам. Так от дільниці до дільниці тепло поступово поширюється по стрижні - від поміщеного в вогонь кінця до нашої руки. Це і є теплопровідність (рис. 1) (Зображення з сайту educationalelectronicsusa.com).

Мал. 1. Теплопровідність

Теплопровідність - це перенесення внутрішньої енергії від більш нагрітих ділянок тіла до менш нагрітих за рахунок теплового руху і взаємодії частинок тіла.

теплопровідність різних речовин різна. Високу теплопровідність мають метали: кращими провідниками тепла є срібло, мідь і золото. Теплопровідність рідин набагато менше. Гази проводять тепло настільки погано, що відносяться вже до теплоізолятор: молекули газів через великі відстані між ними слабко взаємодіють один з одним. Ось чому, наприклад, у вікнах роблять подвійні рами: прошарок повітря перешкоджає відходу тепла).

Поганими провідниками тепла є тому пористі тіла - такі, як цегла, вата або хутро. Вони містять в своїх порах повітря. Недарма цегляні будинки вважаються найтеплішими, а в мороз люди надягають хутряні шуби і куртки з прошарком пуху або синтепону.

Але якщо повітря так погано проводить тепло, то чому тоді прогрівається від батареї кімната?

Відбувається це внаслідок іншого виду теплопередачі - конвекції.

Конвекція

Конвекція - це перенесення внутрішньої енергії в рідинах або газах в результаті циркуляції потоків і перемішування речовини.

Повітря поблизу батареї нагрівається і розширюється. Діюча на цей повітря сила тяжіння залишається колишньою, а виштовхує сила з боку навколишнього повітря збільшується, так що нагріте повітря починає спливати до стелі. На його місце приходить холодне повітря (той же процес, але в куди більш грандіозних масштабах, постійно відбувається в природі: саме так виникає вітер), з яким повторюється те ж саме.

В результаті встановлюється циркуляція повітря, яка і є прикладом конвекції - поширення тепла в кімнаті здійснюється повітряними потоками.

Абсолютно аналогічний процес можна спостерігати і в рідини. Коли ви ставите на плиту чайник або каструлю з водою, нагрівання води відбувається в першу чергу завдяки конвекції (вклад теплопровідності води тут дуже незначний).

Конвекційні потоки в повітрі і рідини показані на рис. 2 (зображення з сайту physics.arizona.edu).

Мал. 2. Конвекція

У твердих тілах конвекція відсутня: сили взаємодії частинок великі, частинки коливаються поблизу фіксованих просторових точок (вузлів кристалічної решітки), і ніякі потоки речовини в таких умовах утворитися не можуть.

Для циркуляції конвекційних потоків при опаленні кімнати необхідно, щоб нагрітому повітрю було куди спливати. Якщо радіатор встановити під стелею, то ніяка циркуляція не виникне - тепле повітря так під стелею і залишиться. Саме тому нагрівальні прилади поміщають внизу кімнати. З тієї ж причини чайник ставлять на вогонь, в результаті чого нагріті шари води, піднімаючись, поступаються місцем більш холодним.

Навпаки, кондиціонер потрібно розташовувати якомога вище: тоді охолоджене повітря почне опускатися, і на його місце буде приходити тепліший. Циркуляція піде в зворотному напрямку в порівнянні з рухом потоків при обігріві кімнати.

теплове випромінювання

Яким чином Земля отримує енергію від Сонця? Теплопровідність і конвекція виключені: нас розділяє 150 мільйонів кілометрів безповітряного простору.

Тут працює третій вид теплопередачі - теплове випромінювання. Випромінювання може поширюватися як в речовині, так і в вакуумі. Як же воно виникає?

Виявляється, електричне і магнітне поля тісно пов'язані один з одним і мають однією чудовою властивістю. Якщо електричне поле змінюється з часом, то воно породжує магнітне поле, яке, взагалі кажучи, також змінюється з часом (докладніше про це буде розказано в листку про електромагнітну індукцію). У свою чергу змінне магнітне поле породжує змінне електричне поле, яке знову породжує змінне магнітне поле, яке знову породжує змінне електричне поле ...

В результаті розвитку цього процесу в просторі поширюється електромагнітна хвиля - «зачеплені» один за одного електричне та магнітне поля. Як і звук, електромагнітні хвилі мають швидкість поширення і частотою - в даному випадку це частота, з якою коливаються в хвилі величини і напрямки полів. Видиме світло - окремий випадок електромагнітних хвиль.

Швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі величезна: км / с. Так, від Землі до Місяця світло йде трохи більше секунди.

Частотний діапазон електромагнітних хвиль дуже широкий. Детальніше про шкалою електромагнітних хвиль ми поговоримо у відповідному листку. Тут відзначимо лише, що видиме світло - це крихітний діапазон даної шкали. Нижче нього лежать частоти інфрачервоного випромінювання, вище - частоти ультрафіолетового випромінювання.

Згадаймо тепер, що атоми, будучи в цілому електрично нейтральними, містять позитивно заряджені протони і негативно заряджені електрони. Ці заряджені частинки, здійснюючи разом з атомами хаотичний рух, створюють змінні електричні поля і тим самим випромінюють електромагнітні хвилі. Ці хвилі і називаються тепловим випромінюванням - в нагадування про те, що їх джерелом є тепловий рух частинок речовини.

Джерелом теплового випромінювання є будь-яке тіло. При цьому випромінювання забирає частину його внутрішньої енергії. Зустрівшись з атомами іншого тіла, випромінювання розганяє їх своїм нерішучим електричним полем, і внутрішня енергія цього тіла збільшується. Саме так ми і гріємося в сонячних променях.

При звичайних температурах частоти теплового випромінювання лежать в інфрачервоному діапазоні, так що око його не сприймає (ми не бачимо, як ми «світить»). При нагріванні тіла його атоми починають випромінювати хвилі більш високих частот. Залізний цвях можна розжарити до червоного - довести до такої температури, що його теплове випромінювання вийде в нижню (червону) частину видимого діапазону. А Сонце здається нам жовто-білим: температура на поверхні Сонця настільки висока, що в спектрі його випромінювання присутні всі частоти видимого світла, та ще ультрафіолет, завдяки якому ми загоряємо.

Давайте ще раз глянемо на три види теплопередачі (рис. 3) (зображення з сайту beodom.com).

Мал. 3. Три види теплопередачі: теплопровідність, конвекція і випромінювання

Ви бачите, що злітає ракету. Вона здійснює роботу - піднімає космонавтів і вантаж. Кінетична енергія ракети зростає, так як у міру підйому ракета набуває все більшу швидкість. Потенційна енергія ракети також зростає, так як вона все вище піднімається над Землею. Отже, сума цих енергій, тобто механічна енергія ракети, теж збільшується.

Ми пам'ятаємо, що при скоєнні тілом роботи його енергія зменшується. Однак ракета робить роботу, але її енергія не зменшується, а збільшується! У чому ж розгадка протиріччя? Виявляється, що крім механічної енергії існує ще один вид енергії - внутрішня енергія. Саме за рахунок зменшення внутрішньої енергії згорає палива ракета здійснює механічну роботу і, крім того, збільшує свою механічну енергію.

Не тільки горючі, А й гарячі тіла володіють внутрішньою енергією, яку легко перетворити в механічну роботу. Проробимо досвід. Нагріємо в окропі гирю і поставимо на бляшану коробочку, приєднану до манометру. У міру того як повітря в коробочці буде прогріватися, рідина в манометрі почне рухатися (див. Малюнок).

Розширюється повітря робить над рідиною роботу. За рахунок якої енергії це відбувається? Зрозуміло, за рахунок внутрішньої енергії гирі. Отже, в цьому досвіді ми спостерігаємо перетворення внутрішньої енергії тіла в механічну роботу. Зауважимо, що механічна енергія гирі в цьому досвіді не змінюється - вона весь час дорівнює нулю.

Отже, внутрішня енергія - це така енергія тіла, за рахунок якої може відбуватися механічна робота, при цьому не викликаючи убутку механічної енергії цього тіла.

Внутрішня енергія будь-якого тіла залежить від безлічі причин: роду і стану його речовини, маси і температури тіла і інших. Внутрішньою енергією володіють всі тіла: великі і маленькі, гарячі і холодні, тверді, рідкі та газоподібні.

Найбільш легко на потреби людини може бути використана внутрішня енергія лише, образно кажучи, гарячих і горючих речовин і тіл. Це нафту, газ, вугілля, геотермальні джерела поблизу вулканів і так далі. Крім того, в XX столітті людина навчилася використовувати і внутрішню енергію так званих радіоактивних речовин. Це, наприклад, уран, плутоній і інші.

Погляньте на праву частину схеми. У популярній літературі нерідко згадуються теплова, хімічна, електрична, атомна (ядерна) та інші види енергії. Всі вони, як правило, є різновидами внутрішньої енергії, так як за рахунок них може відбуватися механічна робота, не викликаючи при цьому убутку механічної енергії. Поняття внутрішньої енергії ми розглянемо більш докладно при подальшому вивченні фізики.

При вивченні теплових явищ поряд з механічною енергією тел вводиться новий вид енергії- внутрішня енергія. Обчислити внутрішню енергію ідеального газу не становить великих труднощів.

Найбільш простий за своїми властивостями одноатомних газ, т. Е. Газ, що складається з окремих атомів, а не молекул. Одноатомними є інертні гази - гелій, неон, аргон та ін. Можна отримати одноатомний (атомарний) водень, кисень і т. Д. Однак такі гази будуть нестійкими, так як при зіткненнях атомів утворюються молекули Н 2, О 2 і ін.

Молекули ідеального газу не взаємодіють один з одним, крім моментів безпосереднього зіткнення. Тому їх середня потенційна енергія дуже мала і вся енергія являє собою кінетичну енергію хаотичного руху молекул.Це, звичайно, справедливо, якщо посудина з газом спочиває, т. Е. Газ як ціле не рухається (його центр мас знаходиться в спокої). В цьому випадку впорядкований рух відсутній і механічна енергія газу дорівнює нулю. Газ має енергію, яку називають внутрішньою.

Для обчислення внутрішньої енергії ідеального одноатомного газу масою тпотрібно помножити середню енергію одного атома, що виражається формулою (4.5.5), на число атомів. Це число дорівнює добутку кількості речовини на постійну Авогадро N A .

Помноживши вираз (4.5.5) на
, отримаємо внутрішню енергію ідеального одноатомного газу:

(4.8.1)

Внутрішня енергія ідеального газу прямо пропорційна його абсолютній температурі.Від обсягу газу вона не залежить. Внутрішня енергія газу являє собою середню кінетичну енергію всіх його атомів.

Якщо центр мас газу рухається зі швидкістю v 0 , то повна енергія газу дорівнює сумі механічної (кінетичної) енергії і внутрішньої енергії U:

(4.8.2)

Внутрішня енергія молекулярних газів

Внутрішня енергія одноатомного газу (4.8.1) - це по суті середня кінетична енергія поступального руху молекул. На відміну від атомів молекули, позбавлені сферичної симетрії, можуть ще обертатися. Тому поряд з кінетичної енергією поступального руху молекули володіють і кінетичної енергією обертального руху.

У класичній молекулярно-кінетичної теорії атоми і молекули розглядаються як дуже маленькі абсолютно тверді тіла. Будь-яке тіло в класичній механіці характеризується певним числом ступенів свободи f - числом незалежних змінних (координат), однозначно визначають положення тіла в просторі. Відповідно число незалежних рухів, які тіло може здійснювати, також одно f. Атом можна розглядати як однорідний кулька з числом ступенів свободи f \u003d 3 (рис. 4.16, а). Атом може здійснювати тільки поступальний рух по трьох незалежних взаємно перпендикулярним напрямам. Двохатомна молекула має осьової симетрією (Рис. 4.16, б ) і має п'ять ступенів свободи. Три ступені свободи відповідають її поступального руху і дві - обертального навколо двох осей, перпендикулярних один одному і осі симетрії (лінії, що з'єднує центри атомів в молекулі). Багатоатомна молекула, подібно, твердого тіла довільної форми, характеризується шістьма ступенями свободи (рис. 4.16, в ); поряд з поступальним рухом молекула може здійснювати обертання навколо трьох взаємно перпендикулярних осей.

Від числа ступенів свободи молекул залежить внутрішня енергія газу. Внаслідок повної безладності теплового руху жоден з видів руху молекули не має переваги перед іншим. На кожну ступінь свободи, відповідну поступальному або обертального руху молекул, доводиться одна і та ж середня кінетична енергія. У цьому полягає теорема про рівномірний розподіл кінетичної енергії за ступенями свободи (вона строго доводиться в статистичній механіці).

Середня кінетична енергія поступального руху молекул дорівнює . Поступального руху відповідають три ступені свободи. Отже, середня кінетична енергія , Яка припадає на одну ступінь свободи, дорівнює:

(4.8.3)

Якщо цю величину помножити на число ступенів свободи і число молекул газу масою т,то вийде внутрішня енергія довільного ідеального газу:

(4.8.4)

Ця формула відрізняється від формули (4.8.1) для одноатомного газу заміною множника 3 на множник f.

Внутрішня енергія ідеального газу прямо пропорційна абсолютній температурі і не залежить від обсягу газу.

Їх взаємодії.

Внутрішня енергія входить в баланс енергетичних перетворень в природі. Після відкриття внутрішньої енергії був сформульований закон збереження і перетворення енергії. Розглянемо взаємне перетворення механічної і внутрішньої енергій. Нехай на свинцевою плиті лежить свинцева куля. Піднімемо його вгору і відпустимо. Коли ми підняли кулю, то повідомили йому потен-соціальну енергію. При падінні кулі вона зменшується, т. К. Куля опускається все нижче і нижче. Але зі збільшенням швидкості поступово збільшується кінетична енергія кулі. Відбувається перетворення потенційної енергії кулі в кінетичну. Але ось куля вдарився об свинцеву плиту і зупинився. І кінетична, і потенційна енергії його щодо плити стали рівними нулю. Розглядаючи куля і плиту після удару, ми побачимо, що їх стан змінилося: куля трохи сплюснувся, і на плиті утворилася невелика вм'ятина; вимірявши ж їх температу-ру, ми виявимо, що вони нагрілися.

Нагрівання означає збільшення середньої кінетичної енергії молекул тіла. При деформації змінюється взаємне розташування частинок тіла, тому змінюється і їх потенційна енергія.

Таким чином, можна стверджувати, що в результаті удару кулі об плиту відбувається перетворення механічної енергії, якою володів на початку досліду куля, у внутрішню енергію тіла.

Неважко спостерігати і зворотний перехід внутрішньої енергії в механічну.

Наприклад, якщо взяти товстостінну скляну посудину і накачати в нього повітря через отвір в пробці, то через якийсь час пробка з посудини вилетить. У цей момент в посудині утворюється туман. Поява туману означає, що повітря в посудині став холодніше і, отже, його внут-ренняя енергія зменшилася. Пояснюється це тим, що знаходився в посудині стиснене повітря, виштовхуючи пробку (т. Е. Розширюючись), зробив роботу за рахунок зменшення своєї внутрішньої енергії. Кінетична енергія пробки збільшилася за рахунок внутрішньої енергії стисненого повітря.

Таким чином, одним із способів зміни внутрішньої енергії тіла є робота, що здійснюються молекулами тіла (або іншими тілами) над даним тілом. Способом зміни внут-ренней енергії без здійснення роботи є теплопередача.

Внутрішня енергія ідеального одноатомного газу.

Оскільки молекули ідеального газу не взаємодіють один з одним, їх потенційна енергія вважається рівною нулю. Внутрішня енергія ідеального газу визначається тільки кінетичної енергією безладного поступального руху його молекул. Для її обчислення потрібно помножити середню кінетичну енергію одного атома на число атомів . Враховуючи що k N A \u003d R, Отримаємо значення внутрішньої енергії ідеального газу:

.

Внутрішня енергія ідеального одноатомного газу прямо пропорційна його температурі. Якщо скористатися рівнянням Клапейрона-Менделєєва, то вираз для внутрішньої енергії ідеального газу можна представити у вигляді:

.

Слід зазначити, що, відповідно до виразу для середньої кінетичної енергії одного атома і в силу хаотичності руху, на кожне з трьох можливих напрямків руху, або кожну ступінь свободи, По осі X, Y і Z доводиться однакова енергія.

Число ступенів свободи - це число можливих незалежних напрямків руху молекули.

Газ, кожна молекула якого складається з двох атомів, називається двоатомний. Кожен атом може рухатися по трьох напрямках, тому загальне число можливих напрямків дві-вання - 6. За рахунок зв'язку між молекулами число ступенів свободи зменшується на одну, по-цьому число ступенів свободи для двоатомних молекули дорівнює п'яти.

Середня кінетична енергія двоатомних молекули дорівнює. Відповідно внутрен-няя енергія ідеального двоатомних газу дорівнює:

.

Формули для внутрішньої енергії ідеального газу можна узагальнити:

.

де i - число ступенів свободи молекул газу ( i\u003d 3 для одноатомного і i\u003d 5 для двоатомних газу).

Для ідеальних газів внутрішня енергія залежить тільки від одного макроскопічного параметра - температури і не залежить від обсягу, т. К. Потенційна енергія дорівнює нулю (обсяг визначає середня відстань між молекулами).

Для реальних газів потенційна енергія не дорівнює нулю. Тому внутрішня енергія в тер-модінаміке в загальному випадку однозначно визначається параметрами, котрі характеризують перебуваючи-ня цих тел: об'ємом (V) і температурою (T).

Будь-яке макроскопічне тіло має енер-гію, Обумовлену його микростанів. ця енергія називається внутрішньої (Обо-значущих U). Вона дорівнює енергії дві-вання і взаємодії мікрочастинок, з яких складається тіло. так, внутрішня енергія ідеального газу складається з кінетичної енергії всіх його молекул, оскільки їх вза-імодействіем в даному випадку можна пре-знехтувати. Тому його внутрішня енергія за-висить лише від температури газу ( U ~T).

Модель ідеального газу пре-передбачати, що молекули на-ходяться на відстані неяк-ких діаметрів один від одного. Тому енергія їх взаємодії-дії набагато менше енер-гии руху і її можна не враховувати.

У реальних газів, рідин і твердих тіл взаємодією мікрочастинок (атомів, молекул, іонів і т. п.) знехтувати не можна, оскільки воно істотно впливає на їх властивості. Тому їх внутрішня енергія складається з кінетичної енергії теплового руху мікрочастинок і потенційної енергії їх взаємодії. Їх внутрішня енергія, крім температури T, буде за-висіти також від обсягу V, оскільки изме-ня обсягу впливає на відстань між атомами і молекулами, а, отже, і на потенційну енергію їх взаємодій-наслідком між собою.

Внутрішня енергія - це функція стану тіла, яка визна-ляется його температуроюT і об'ємом V.

Внутрішня енергія однозначний-но визначається температуроюT і обсягом тіла V, характе-різующімі його стан:U \u003dU (T, V)

щоб змінити внутрішню енергію ті-ла, потрібно фактично змінити або кінетичну енергію теплового руху мік-рочастіц, або потенційну енергію їх взаємодії (або і ту і іншу разом). Як відомо, це можна зробити двома способами - шляхом теплообміну або слідом-ствие виконання роботи. У першому випадку це відбувається за рахунок передачі визна-ленного кількості теплоти Q; у другому - внаслідок виконання роботи A.

Таким чином, кількість теплоти і виконана робота є мірою изме-нения внутрішньої енергії тіла:

Δ U \u003dQ +A.

Зміна внутрішньої енер-гии відбувається за рахунок відданий-ного або отриманого тілом не-якого кількості теплоти або внаслідок виконання робі-боти.

Якщо має місце лише теплообмін, то зміна внутрішньої енергії відбувається шляхом отримання або віддачі певної кількості теплоти: Δ U \u003dQ. При нагрівання-ванні або охолодженні тіла воно дорівнює:

Δ U \u003dQ = cm (T 2 - Т 1) \u003dcmΔT.

При плавленні або кристалізації твер-дих тіл внутрішня енергія змінюється за рахунок зміни потенційної енергії вза-імодействія мікрочастинок, адже відбуваються структурні зміни будови речовини. В даному випадку зміна внутрішньої енер-гии дорівнює теплоті плавлення (кристал-зації) тіла: Δ U -Q пл \u003dλ m, де λ - питома-ва теплота плавлення (кристалізації) твер-дого тіла.

Випаровування рідин або конденсація пара також викликає зміна внутрішньої енергії, Яка дорівнює теплоті парообра-тання: Δ U \u003dQ п \u003drm, де r- питома теп-лота пароутворення (конденсації) рідко-сти.

зміна внутрішньої енергії тіла слідом-ствие виконання механічної роботи (без теплообміну) чисельно дорівнює значенню цієї роботи: Δ U \u003dA.

Якщо зміна внутрішньої енергії відбувається внаслідок її вія теплообміну, тоΔ U \u003dQ \u003dcm (T 2 -T 1),абоΔ U \u003d Q пл = λ m,абоΔ U \u003dQ п \u003drm.

Отже, з точки зору молі-кулярной фізики: Матеріал з сайту

Внутрішня енергія тіла є сумою кінетичної енергії теп-лового руху атомів, молекул або інших частинок, з яких воно складається, і потен-ціальної енергії взаємодії між ні-ми; з термодинамічної точки зору вона є функцією стану тіла (системи тіл), яка однозначно визначається його макропараметрами - температуроюT і обсягів по-мом V.

Таким чином, внутрішня енергія - це енергія системи, яка залежить від її внутрішнього стану. Вона складається з енергії теплового руху всіх мікро-частинок системи (молекул, атомів, іонів, електронів і т. П.) І енергії їх взаємо-модействие. Повний значення внутрішньої енергії визначити практично неможливе можна, тому обчислюють зміна внутрішньої енергії Δ U, яке відбувається внаслідок теплопередачі і виконання робі-боти.

Внутрішня енергія тіла дорівнює сумі кінетичної енергії теплового руху і потен-ціальної енергії взаємодій-наслідком складових його мік-рочастіц.

На цій сторінці матеріал за темами:

• Від чого залежить внутрішня енергія твердого тіла

• Спосіб зміни внутрішньої енергії тіла короткий конспект

• Від яких макропараметрів залежить внутрішня енергія тіла

• Коротке повідомлення "про використання внутрішньої енергії тіла"