Внутренняя энергия

Внутренняя энергия и способы ее изменения

Обедая, я часто замечал, что некоторые блюда сохраняют своё тепло гораздо дольше других, а яблочные пироги и яблоки с миндалём оставались горячими удивительно долго. Сильно поражённый такой необычной способностью сохранять теплоту, которой обладали яблоки, я часто размышлял о ней; обжигая рот яблоками или встречая другие блюда с такими же свойствами, я всегда пытался, но напрасно, найти хоть какое-нибудь объяснение этому удивительному явлению...Позднее, заведуя сверлением пушечных стволов в мастерских военного арсенала в Мюнхене, я был сильно поражён тем значительным количеством тепла, которое за короткое время получает ствол при сверлении. Румфорд ( физик Томсон)

1. Какое движение

называют тепловым?

2. Как связано движение

молекул с температурой

тела?

3. Как связано движение

молекул с температурой

тела?

Вспомним!

• - что такое энергия
• - виды энергии тела
• - закон сохранения энергии
• - что такое температура
• - что такое деформация

ЭНЕРГИЯ

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ

Энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела.

КИНЕТИЧЕСКАЯ

Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения.

Взаимное превращение

Внутренняя энергия

•   В состав внутренней энергии входят:
• кинетическая энергия поступательного, вращательного и колебательного движения молекул;
• потенциальная энергия взаимодействия атомов и молекул;
• внутриатомная и внутриядерная энергии.

Внутренняя энергия

Суммарная энергия движения и взаимодействия всех частиц, из которых состоит тело.

Кинетическая энергия молекул тела

Потенциальная энергия молекул тела

Внутренняя энергия тела

Е вн = Е п + Е к всех молекул тела

Молекулы обладают кинетической энергией, т.к. непрерывно движутся

Молекулы обладают потенциальной энергией, т.к. взаимодействуют друг с другом

Е к зависит от скорости движения молекул (температуры)

Е п зависит от расстояния между молекулами (агрегатного состояния вещества)

Зависимость внутренней энергии тела от температуры

t ↑ → v молекул ↑ → U вн ↑

t ↓ → v молекул ↓ → U вн ↓

Выясним, какими способами

можно изменить

внутреннюю энергию тела

Внутренняя энергия тела не является какой-то постоянной величиной. У одного и того же тела она может меняться. Как определить что внутренняя энергия тела изменилась?

По его температуре и агрегатному состоянию.  

Изменить внутреннюю энергию тела – это значит нагреть тело или остудить.

«Очень хорошо известно, что теплота возбуждается движением: от взаимного трения руки согреваются, дерево загорается пламенем; при ударе кремня об огниво появляются искры; железо накаливается от проковывания частыми ударами...» М.В.Ломоносов

Совершение работы

• Потрите несколько секунд ладонь о ладонь. Что вы чувствуете?
• Как добывали огонь в древности?
• Почему нагреваются детали работающего двигателя?

Способ 1

Увеличение внутренней энергии произошло за счет совершения работы при натирании трубки веревкой

Внутреннюю энергию тела можно увеличить, совершая над телом механическую работу . (удар, сгибание, разгибание – деформация)

Сжатый воздух выталкивает пробку и при этом охлаждается.

Внутренняя

энергия тела

уменьшается,

если тело само

совершает

механическую работу

Вода в цилиндре нагревается,

кипит, образуется пар.

Нагретый пар расширяется

и выталкивает пробку.

Внутренняя энергия пара

превращается

в механическую

энергию пробки

Совершение работы

Трение

Деформация

Удар

Способ 2

100⁰ С

60⁰ С

Металлический цилиндр

передал воде

часть своей внутренней энергии

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплопередачей

Теплопроводность

• Тип теплопередачи, когда тепло перемещается от более нагретых участков тела к менее нагретым вследствие теплового движения молекул.

Конвекция

• Перенос энергии струями жидкости или газа.

Опыт

В сосуд с водой опустите кристаллы марганцовокислого калия.

Поставьте сосуд на огонь. Наблюдайте за жидкостью.

Конвекция в твёрдых телах происходить не может.

Излучение

• Перенос энергии в виде электромагнитных волн.

Излучение может осуществляться в полном вакууме.

Темные тела лучше поглощают и излучают энергию.

Теплообмен

конвекция

излучение

теплопроводность

• Во что лучше всего завернуть кастрюлю, чтобы сохранить ее содержимое горячим: газету, пуховое одеяло, фольгу, полотенце?
• Почему для возникновения конвекции в жидкости ее надо подогревать снизу?
• Какой способ теплопередачи позволяет людям греться у костра?
• Каким способом осуществляется теплопередача от Солнца к Земле?
• Чтобы поверхность тела, например дирижабля, как можно меньше нагревалась солнцем, ее покрывают краской. Какую краску следует выбрать для этого: чёрную, синюю, красную, серебристую?

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.

Чем объясняется сильный нагрев покрышек автомобиля во время длительной езды?

Ответ: Покрышки нагреваются за счёт работы трения при частичном проскальзывании из по полотну дороги, и за счёт работы деформации покрышки при качении.

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.

Какие виды теплопередачи используются при работе отопительной батареи?

Домашнее задание

• Подумайте!

Все любят печеную на костре картошку. Обычно ее помещают в слой золы и углей. Если взять крупную картофелину и разместить ее таким образом: наполовину закопать в землю, а другую половину засыпать золой и горячими углями. Через некоторое время можно проверить готовность картошки. Окажется, что верхняя часть испеклась, а нижняя – сырая. Что можно сказать о теплопроводности картофеля и земли на основании этого опыта?

Практическое значение внутренней энергии

• За счет внутренней энергии топлива работают паровые турбины электростанций, совершают работу двигатели автомашин, теплоходов.
• За счет внутренней энергии продуктов питания осуществляется жизнедеятельность всех животных и людей.

Что человек нарушает в данном случае?

При понижении температуры Земного шара всего на один градус выделилась бы энергия, примерно в миллиард раз превосходящая вырабатываемую ежегодно всеми электростанциями мира.

Хвала великому светилу!

Спустя столетья солнца жар

Чудесно переходит в силу, Свет, электричество и пар.

Сюлли-Прюдом