27.12.2021г. ГРУППА  401.  ФИЗИКА.  ТЕМА  «ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ И СПОСОБЫ ЕЁ ИЗМЕНЕНИЯ»

Вспомним сначала определение внутренней энергии.

Определение. Кинетическая энергия движения частиц и потенциальная энергия их взаимодействия составляют внутреннюю энергию тела.

Внутренняя энергия тела не является постоянной величиной и связана с изменением температуры тела 

1) при повышении температуры внутренняя энергия тела увеличивается, т. к. молекулы тела начинают активнее двигаться, расстояние между ними увеличивается и возрастает их кинетическая и потенциальная энергия,

2) при понижении температуры внутренняя энергия тела уменьшается, т. к. молекулы тела начинают двигаться менее активно, расстояние между ними уменьшается и понижается их кинетическая и потенциальная энергия, .

Рис. 1. Зависимость внутренней энергии тела от температуры

Таким образом, температура – это главная характеристика внутренней энергии тела.

.Изменение внутренней энергии вследствие совершения работы

Сначала обсудим изменение внутренней энергии благодаря совершению работы.  Вы уже знакомы с понятием «механическая работа тела», она связана с перемещением тела при приложении к нему определенной силы. Если совершается механическая работа, то меняется энергия тела . Аналогичное можно утверждать и о внутренней энергии тела.

В механике работа определяется как произведение модуля силы, модуля перемещения точки её приложения и косинуса угла между векторами силы и перемещения.

                        A = F∙ S cos ḁ

 При действии силы на движущееся тело  работа этой силы равна изменению его кинетической энергии.

Рис. 2. Механическая работа

Работа в термодинамике определяется так же, как и в механике, но она равна не изменению кинетической энергии, а изменению её внутренней энергии.

1. Изменение внутренней энергии совершением работы над телом.

Опыт №2. Потереть монетку о деревянную линейку, ладони рук друг о друга. Учащиеся делают вывод: внутренняя энергия тела увеличилась.

Опыт №3. Взять воздушное огниво. При быстром сжатии воздух нагревается столь значительно, что пары эфира, находящиеся в цилиндре под поршнем, воспламеняются. Учащиеся делают вывод: внутренняя энергия тела увеличилась.

2. Изменение внутренней энергии при совершении работы самим телом.

Опыт №4. В толстостенный стеклянный сосуд, закрытый пробкой, накачиваем воздух насосом через специальное отверстие в ней. Через некоторое время пробка вылетит из сосуда. В момент, когда пробка вылетает из сосуда, необходимо обратить внимание учащихся на образование тумана в стеклянном сосуде, что свидетельствует о понижении температуры находящихся в нем воздуха и водяного пара. Учащиеся делают вывод: внутренняя энергия тела уменьшилась.

Таким образом, работа является мерой изменения внутренней энергии при превращении механической энергии во внутреннюю  или внутренней энергии в механическую.

Изменение внутренней энергии вследствие теплопередачи

Второй способ изменения внутренней энергии тела мы можем легко наблюдать каждый день в повседневной жизни, и он был давно всем известен – это теплопередача.

Определение. Теплопередача – это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.

Примеров процесса теплопередачи множество – это и нагревание чайника на плите, и охлаждение комнаты с помощью кондиционера, и нагревание оконного подоконника в солнечный день, и т. п.

Указанные процессы делятся на три вида: теплопроводность, конвекция и излучение

Рис. 9. Виды теплопередачи

Отметим, что процессы теплопередачи и совершения работы, как правило, протекают параллельно и одновременно влияют на изменение у тела внутренней энергии.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ – это процесс передачи энергии от одного тела другому без совершения работы.

Количественную меру изменения внутренней энергии при теплообмене называют  количеством теплоты

Рассмотрим ещё один вид теплопередачи – конвенцию.

КОНВЕНЦИЯ – это перенос энергии струями жидкости или газа.

Понятие об излучении,  как одном из способов передачи тепла, можно начать с постановки вопроса: «Может ли энергия Солнца передаваться Земле теплопроводностью? Конвекцией?»

ЗАПОМНИТЕ!     Теплопередача всегда происходит в определенном направлении: от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой.

ЗАДАНИЕ:

1. Ответьте на вопросы теста.

Тест. Внутренняя энергия тела и способы её изменения

1. Внутренняя энергия - это 

• сумма кинетической энергии теплового движения частиц, из которых состоит тело, и потенциальной энергии их взаимодействия.
• разность между кинетической энергии теплового движения частиц, из которых состоит тело, и потенциальной энергии их взаимодействия.
• сумма кинетической энергии тела и его потенциальной энергии.
• такой энергии не существует

2. Внутренняя энергия тела зависит от

          температуры тела

         агрегатного состояния вещества

         массы тела

         расположения молекул в теле

         скорости движения тела

3. Внутренняя энергия тела не зависит:
 

• от его механического движения.
• от его взаимодействия с другими телами.
• от температуры тела.
• от скорости движения молекул в теле.

4. Может ли у тела отсутствовать внутренняя энергия?

5. Сопоставьте утверждения и их истинность.

• внутренняя энергия тела не изменяется при совершении работы;
• если тело совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается;
• если тело совершает работу, то его внутренняя энергия увеличивается;
• если над телом совершается работа, то его внутренняя энергия увеличивается.

6. Это способ изменения внутренней энергии тела, при котором энергия передаётся от одной части тела к другой или от одного тела к другому без совершения работы. 

7. Укажите истинность или ложность высказываний.

• Процесс теплопередачи происходит в определённом направлении - от более нагретых тел к менее нагретым.
• Процесс теплопередачи происходит в неопределённом направлении.
• При выравнивании температуры тел теплопередача прекращается.
• При выравнивании температуры тел теплопередача продолжается в обратном направлении.

8. Единица измерения внутренней энергии в системе СИ.

• Джоуль
• Ньютон
• Ватт
• метр в секунду

9. Изменить внутреннюю энергию тела можно...

• путём совершения механической работы.
• теплопередачей.
• среди ответов нет правильного.