II уровень. Вспомним основные положения теории
ФИЗИКА. 11 класс. Задание № 36
Тема: Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии
I уровень. Познакомимся с параграфом
1. Внутренняя энергия
В середине XIX в. было доказано, что наряду с механической энергией макроскопические тела обладают еще и энергией, заключенной внутри самих тел. Все тела состоят из атомов и молекул, которые находятся в непрестанном движении независимо от того, составляют ли они газ, жидкость или твердое тело. Поэтому даже если тело неподвижно и имеет нулевую потенциальную энергию, оно, тем не менее, обладает энергией, связанной с внутренним движением составляющих его атомов и молекул. Иначе говоря, любому коллективу атомов или молекул всегда присуща некоторая внутренняя энергия. Если мы изменим состояние системы, заставив атомы в ней двигаться более интенсивно, то тем самым увеличим ее внутреннюю энергию. Внутренняя энергия входит в баланс энергетических превращений в природе.
С точки зрения молекулярно-кинетической теории внутренняя энергия макроскопического тела равна сумме кинетических энергий беспорядочного движения всех молекул (или атомов) относительно центра масс тела и потенциальных энергий взаимодействия их друг с другом. Ее принято обозначать буквой 
.
Вычислить внутреннюю энергию тела (или ее изменение), учитывая движение отдельных молекул и их положения относительно друг друга, практически невозможно из-за огромного числа молекул в макроскопических телах.
|
|
|
Наиболее прост по своим свойствам одноатомный идеальный газ. Одноатомными являются инертные газы – гелий, неон, аргон и др.
Так как молекулы идеального газа не взаимодействуют друг с другом, то их потенциальная энергия считается равной нулю. Вся внутренняя энергия идеального газа представляет собой кинетическую энергию беспорядочного движения его молекул.
Умножая среднюю кинетическую энергию одного атома на число атомов, находящихся в газе массой 
, получим:
.
Внутренняя энергия идеального одноатомного газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре.
Она не зависит от объема и других макроскопических параметров системы.
Изменение внутренней энергии данной массы идеального газа происходит только при изменении его температуры:
.
Если газ состоит из более сложных молекул, чем одноатомный, то его внутренняя энергия также пропорциональна абсолютной температуре, только коэффициент пропорциональности между и 
другой. Объясняется это тем, что сложные молекулы не только движутся поступательно, но и вращаются. Внутренняя энергия таких газов равна сумме энергий поступательного и вращательного движения молекул.
|
|
|
У реальных газов, жидкостей и твердых тел средняя потенциальная энергия взаимодействия молекул не равна нулю. Правда, для газов она много меньше средней кинетической энергии молекул, но для жидких и твердых тел сравнима с ней.
Средняя потенциальная энергия взаимодействия молекул зависит от объема вещества, так как при изменении объема меняется среднее расстояние между молекулами. Следовательно, внутренняя энергия в термодинамике в общем случае наряду с температурой зависит и от объема 
.
Понятие «внутренняя энергия» ввел в 1851 году английский ученый У. Томсон (лорд Кельвин).
2. Способы изменения внутренней энергии
При изменении состояния системы ее внутренняя энергия изменяется. Например, при повышении температуры внутренняя энергия тела увеличивается, так как увеличивается средняя кинетическая энергия движения молекул этого тела. С понижением температуры внутренняя энергия тела уменьшается. Внутренняя энергия изменяется при деформации тела и при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое, так как при этом меняется взаимное расположение взаимодействующих между собой молекул и, следовательно, изменяется их потенциальная энергия.
|
|
|
Внутренняя энергия тел может изменяться разными способами. Например, внутренняя энергия изменяется при совершении механической работы внешними силами над данным телом при его деформации (или же когда само тело совершает работу против внешних сил при изменении своего объема), а также без совершения работы, когда тело находится в контакте с другим телом, имеющим более высокую или более низкую температуру, чем данное тело.
Процесс изменения внутренней энергии тела без совершения механической работы называется теплообменом или теплопередачей.
При теплопередаче не происходит превращения энергии из одного вида в другой. Процесс теплопередачи состоит в том, что часть внутренней энергии от более горячего тела передается менее горячему телу.
Энергию, переданную в процессе теплообмена, называют количеством теплоты 
.
Так как в этом случае работа не совершается, можно записать: 
.
Если внутренняя энергия изменяется в результате совершения работы, то 
.
3. Виды теплообмена: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение
· 
Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, ионов, молекул). Приводит к выравниванию температуры тела.
|
|
|
Скорость передачи тепла пропорциональна разности температур тел.
· 
Конвекция – перенос энергии потоками жидкости или газа.
Конвекция происходит только в жидкостях и газах.
· 
Тепловое излучение – электромагнитное излучение, испускаемое за счет внутренней энергии веществом, находящимся при определенной температуре.
Чем выше температура тела, тем сильнее его тепловое излучение.
II уровень. Вспомним основные положения теории
1. Что называется внутренней энергией?
2. Чему равна внутренняя энергия идеального одноатомного газа?
3. Какими способами можно изменить внутреннюю энергию тела?
4. Как называется процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы?
5. Что такое теплопроводность? конвекция? тепловое излучение?
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 269; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!