Как изменяется внутренняя энергия о температуры

Работа как мера изменения внутренней энергии

1. В процессе деформации тела совершается работа против сил упругости. При этом, как было показано выше, меняется внутренняя энергия тела. Кроме того, при неупругих деформациях изменяется температура тела, в чем легко убедиться на опыте. Например, если несколько раз быстро перегнуть проволоку, то в месте изгиба температура резко повысится.

Работа, совершаемая при деформации тела, является мерой изменения внутренней энергии.

В термодинамике работу принято выражать не через силу, а через давление. Пусть при деформации под действием силы F размер тела изменяется на А/. Как известно, элементарная работа ЪЛ = FAl [см. (2.28)]. Но сила равна произведению давления на площадь F=pS, откуда для элементарной работы получим

где A V= SAl — изменение объема тела.

2. Проще всего вычислить работу в том случае, когда изменение объема газа в цилиндре под поршнем происходит при изобарном процессе, т. е. при постоянном давлении силы F на поршень, площадь сечения которого S: р = const. Такой процесс называют изобарным. В этом случае

Здесь, как это принято в термодинамике, индекс «р» означает, что расчет работы ведется при постоянном давлении.

Графически в координатах р— V работа равна площади либо прямоугольника (изобарный процесс, рис. 5.1), либо криволинейной трапеции (произвольный процесс, рис. 5.2).

3. Заметим, что здесь и далее символом А обозначена работа, которую система (тело) совершает против внешних сил. Естественно, что работа внешней силы по модулю равна работе, совершаемой системой, но имеет противоположный знак:

Действительно, здесь при том же перемещении внешняя сила имеет по третьему закону Ньютона противоположный знак, что и приводит к изменению знака работы.

Теплообмен

1. Существует еще один способ изменения энергии тела, не связанный с работой сил. Поместим тело в пламя горелки. Его температура изменится. Следовательно, изменится и его внутренняя энергия. Затем поместим нагретое тело в холодную воду, его температура вновь изменится, что опять связано с изменением его энергии. Однако никакая работа здесь не совершалась, так как не происходило видимого перемещения ни самого тела, ни отдельных его частей под действием каких-либо сил.

Изменение внутренней энергии тела происходит здесь под действием молекулярных соударений. Молекулы нагретого тела движутся с большими скоростями, холодного — с малыми. При контакте этих тел происходят упругие соударения между молекулами. Быстро движущаяся частица, столкнувшись с другой частицей, имеющей меньшую скорость, передает ей часть своей кинетической энергии. Естественно, что при контакте двух тел с разной температурой за счет соударений между молекулами суммарная кинетическая энергия молекул горячего тела уменьшится, суммарная же кинетическая энергия молекул холодного тела возрастет. Следствием этого и является передача энергии от горячего тела к холодному без совершения работы. Процесс передачи энергии от одного тела другому без совершения работы называют теплообменом.

2. Рассмотренный процесс теплообмена между телами, находящимися в непосредственном контакте, называют теплопроводностью.

Теплообмен может совершаться и за счет конвекции. Слои жидкости или газа, прикасаясь к телу с высокой температурой, нагреваются и поднимаются вверх, а на их место поступают более холодные.

3. Теплообмен может осуществляться с помощью как видимых, так и невидимых излучений. Убедиться в этом можно с помощью следующего опыта. Укрепим в штативе нагретое тело, например утюг. Поднесем снизу руку на расстояние 15—20 см. Мы почувствуем, что утюг греет руку. Этот процесс не является конвекцией, ибо струи нагретого воздуха поднимаются вверх и руки не достигают. Этот процесс не обусловлен и теплопроводностью, ибо она у всех газов, в частности у воздуха, очень мала.

Оказывается, что всякое тело испускает инфракрасное излучение (см. § 18.1), а при температурах свыше 800 °С — видимый свет. Процесс передачи энергии с помощью электромагнитных волн (инфракрасного и видимого излучений) называют излучением.

4. В описанном опыте с нагретым утюгом мы действительно имеем дело с такого рода теплообменом. В самом деле, поместив между рукой и утюгом лист жести, мы почувствуем, что нагревание руки прекратится. Причина заключается в том, что металл частично отражает, а частично поглощает излучение и оно до руки уже не доходит.

Отметим, что если для теплопроводности и конвекции необходимо вещество, то теплообмен с помощью излучения происходит и в вакууме. Так, энергия, излучаемая Солнцем, поступает на Землю через космическое пространство, где «царит» глубокий вакуум.

ТЗ-1. Внутренняя энергия

Дидактические материалы по физике 8 класс А.Е. Марон (к учебнику А.В. Перышкина)

1. Скорость движения молекул любого тела связана с его температурой. Можно ли считать тепловым движение какой-либо одной молекулы тела?

Тепловое движение — процесс хаотичного движения частиц, образующих вещество, значит движение молекул можно считать тепловым.

2. а) Изменяется ли внутренняя энергия при деформации тела? при изменении температуры тела? при подъеме тела над землей?
б) При деформации тела изменилось только взаимное расположение молекул. Изменилась ли при этом температура тела?

а) при деформации тела — да; при изменении температуры — да; при подъеме тела — нет; б) температура тела изменится, так как происходит взаимодействие между молекулами.

3. а) Одинакова ли внутренняя энергия одной и той же массы холодной и горячей воды? Почему?
б) Вода и водяной пар, имея равную температуру, например 100 °С, отличаются расположением молекул. Одинакова ли внутренняя энергия пара и воды? Почему?

а) нет, внутренняя энергия горячей воды больше, так как температура выше, соответственно молекулы движутся быстрее и чаще взаимодействуют;
б) внутренняя энергия воды больше, так как молекулы расположены ближе друг к другу и, соответственно, чаще взаимодействуют.

4. В одинаковых сосудах находится газ равной массы, но раз-ной температуры (рис. 1). В каком из сосудов газ обладает большей внутренней энергией? Какая часть внутренней энергии — энергия движения частиц или энергия их взаимодействия — играет главную роль при сравнении?

В сосуде 2 газ обладает большей внутренней энергией, так как температура в нем в 2 раза выше. Главную роль при сравнении в данном случае играет энергия движения частиц.

5. Увеличивается ли внутренняя энергия тел в следующих случаях:
а) при трении корпуса движущегося самолета о воздух;
б) при обработке заготовки на токарном станке;
в) при соприкосновении холодного воздуха с нагретым предметом?

Внутренняя энергия тел увеличивается в случае а) и б), так как в обоих случаях над телом совершается работа. В случае в) внутренняя энергия предмета не увеличивается.

6. В двух одинаковых сосудах при одной и той же температуре заключены равные массы газа (рис. 2). В каком из сосудов газ обладает большей внутренней энергией? Почему?

В сосуде I газ обладает большей внутренней энергией, так как молекулы расположены ближе друг к другу, следовательно, взаимодействие между ними происходит чаще.

7. а) Если в сугроб вылить в одном месте ведро теплой воды, а в другом — стакан кипятку, то в каком случае растает больше снега и почему?
б) Из баллона откачивают воздух. Как будет меняться при этом внутренняя энергия оставшейся в баллоне части воздуха? Почему?

Читайте также  Как удалить файлы с компакт диска

а) там, где вылили 1 ведро, так как площадь взаимодействия со снегом больше,
б) внутренняя энергия оставшейся в баллоне части воздуха будет уменьшаться, так как уменьшается взаимодействие молекул.

8. Почему иногда крышка чайника, в котором кипит вода, подпрыгивает, а иногда — нет?

При кипении часть воды переходит в пар и собирается в верхней части чайника, давление пара увеличивается, и крышка чайника подпрыгивает. Если же вода в чайнике налита так, что отверстие носика незакрыто, то пар выходит через носик чайника и крышка не прыгает.

9. Как можно отогреть озябшие руки, не используя нагретых предметов или теплых перчаток?

Трением ладошек друг о друга, так как в результате этого внутренняя энергия ладошек увеличивается

10. Почему после сильного шторма вода в море становится теплее?

После сильного шторма вода в море становится теплее, т.к. во время шторма происходило трение между слоями воды, увеличивалась их внутренняя энергия, и, соответственно, температура.

11. Для резки стали используют фрикционную пилу (диск без зубьев). Вращаясь с большой скоростью, такой диск режет металл. Объясните этот процесс.

При вращении с большой скоростью между диском и металлом возникает большая сила трения, увеличивается внутренняя энергия, и, соответственно, температура, поэтому в месте соприкосновения с диском металл плавится и таким образом разрезается.

12. Почему при вхождении в плотные слои атмосферы большинство метеоритов сгорает?

Скорость метеоритов, входящих в плотные слои атмосферы, настолько велика, что при трении о слои атмосферы метеориты нагреваются так сильно, что начинают оплавляться, гореть и испаряться

13. Объясните, почему происходит изменение внутренней энергии: а) при нагревании воды в кастрюле; б) при сжатии и расширении воздуха; в) при таянии льда; г) при сжатии и растяжении резины.

а) за счет теплопередачи; б) при сжатии внутренняя энергия увеличивается за счет совершения работы над системой; при расширении работу совершает сама система — внутренняя энергия уменьшается; в) при таянии льда внутренняя энергия увеличивается за счет излучения или теплопроводности; г) при сжатии или растяжении резины внутренняя энергия увеличивается за счет совершения работы над телом.

14. В каком месте водопада температура воды выше?

Температура воды выше в нижней части водопада. Так как по закону сохранения энергии потенциальная энергия падающей воды преобразуется в кинетическую и внутреннюю, соответственно внутренняя энергия увеличивается, значит увеличивается и температура воды.

15. а) Почему выскакивают искры при ударе кремня о сталь? б) Почему от вращающегося точильного камня летят искры, если прижать к нему кусок стали?

а) При ударе кремня о сталь выскакивают искры, т.к. между ними возникает сила трения, температура увеличивается, разогретые мелкие частички кремния разлетаются, образуя искры,
б) Если прижать к вращающемуся точильному камню кусок стали, то между ними возникнет большая сила трения, температура увеличится, и разогретые мелкие частицы стали разлетаются, образуя искры.

Вариант 1.

Задача 14.1.1. Как изменяется внутренняя энергия идеального газа при повышении его температуры?

Это не связанные величины

Задача 14.1.2. Давление идеального газа увеличилось в 3 раза, а его объем уменьшился в 2 раза при неизменной массе. Как изменилось при этом внутренняя энергия газа?

Увеличилась в 6 раз

Увеличилась в 3/2 раза

Уменьшилась в 3/2 раза

Уменьшилась в 6 раз

Задача 14.1.3. Как изменяется внутренняя энергия идеального газа при его изотермическом сжатии?

Сначала увеличивается, затем уменьшается

Задача 14.1.4. Два тела нагревают с помощью одинаковых нагревателей. На рисунках представлены графики зависимости температуры тел от времени нагревания. У какого из тел больше теплоемкость? Теплопотерями пренебречь.

У первого (график отмечен цифрой 1)

У второго (график отмечен цифрой 2)

Мало информации для ответа

Задача 14.1.5. Телу массой 5 кг сообщили количество теплоты 1000 Дж, в результате чего его температура выросла на 2 К. Чему равна удельная теплоемкость вещества тела?

100 Дж/(кг К)

400 (Дж К)/кг

400 (Дж кг)/К

мало информации для ответа

Задача 14.1.6. Какую работу совершил 1 моль одноатомного идеального газа при изохорическом нагревании на величину ?

Задача 14.1.7. В изохорическом процессе газу сообщили количество теплоты . Чему равно изменение внутренней энергии газа ?

Мало информации для ответа

Задача 14.1.8. В изотермическом процессе газу сообщили количество теплоты . Чему равна работа , совершенная над газом?

Мало информации для ответа

Задача 14.1.9. Определить работу, совершаемую идеальным газом при адиабатическом расширении, если его внутренняя энергия уменьшилась на величину ?

Мало информации для ответа

Вариант 1. Задача 14.1.10.

Задача 14.1.10. Идеальный газ получил количество теплоты 50 Дж и совершил работу величиной 40 Дж. На сколько изменилась внутренняя энергия газа?

Презентация к уроку»Плавление»

Презентация к уроку «Плавление и отвердевание тел»

Содержимое разработки

Агрегатные состояния вещества

Газообразное

Еп » Ек

Еп « Ек

Еп Ек

Плавление переход вещества из твердого состояния в жидкое

Внутренняя энергия жидкости

у твёрдого тела

принимает энергию

1. Как изменяется внутренняя энергия вещества?

2. Как изменяется энергия молекул и их расположение?

3. Как изменяется характер движения молекул?

4. В какой момент тело начнет плавиться?

5. Изменяются ли молекулы вещества при плавлении?

6. Как изменяется температура вещества при плавлении?

7. Сравните внутреннюю энергию твердого тела и жидкости

1. При нагревании увеличивается температура тела.

2. Скорость колебания частиц возрастает.

3. Увеличивается внутренняя энергия тела.

4. Когда тело нагревается до температуры плавления, кристаллическая решетка начинает разрушаться.

5. Энергия нагревателя идет на разрушение решетки кристалла.

Поглощение Q

Температуру, при которой вещество плавится, называют температурой плавления вещества .

Каждое вещество имеет собственную температуру плавления (стр.32).

На рисунке показан график изменения температуры некоторого вещества. Что это за вещество?

Какие вещества изображены на рисунках?

Физическая величина, показывающая какое количество теплоты

необходимо для превращения 1 кг кристаллического вещества,

взятого при температуре плавления, в жидкость той же температуры, называется удельной теплотой плавления

Поглощение Q

(«ламбда»)

Обозначается:

Единица измерения:

На рисунке изображены графики зависимости изменения температуры от времени двух тел одинаковой массы. У какого из этих тел выше температура плавления? У какого тела больше удельная теплота плавления?

t , ºC

t , мин

Кристаллизация — переход вещества из жидкого состояния в твердое

Внутренняя энергия кристалла

отдает энергию

1. Как изменяется внутренняя энергия вещества?

2. Как изменяется энергия молекул и их расположение?

3. Как изменяется характер движения молекул?

4. Когда тело начнет кристаллизоваться?

5. Изменяются ли молекулы вещества при кристаллизации?

6. Как изменяется температура вещества при отвердевании?

7. Сравните внутреннюю энергию жидкости и твёрдого тела.

1. При охлаждении уменьшается температура жидкости.

2. Скорость движения частиц уменьшается.

3. Уменьшается внутренняя энергия жидкости.

4. Когда тело охлаждается до температуры плавления, кристаллическая решетка начинает восстанавливаться.

Выделение Q

отвердевание

t плавления = t отвердевания

Температуру, при которой вещество отвердевает, называют температурой отвердевания .

Количество теплоты, выделяющееся при отвердевании (кристаллизации), равно количеству теплоты, поглощённому при плавлении.

Читайте также  Как отключить блокировку экрана

плавления и кристаллизации

Поглощение Q

Выделение Q

отвердевание

t плавления = t отвердевания

Как изменялась внутренняя энергия вещества

и характер движения и взаимодействия молекул

на каждом участке графика?

  • При плавлении происходит разрушение кристаллической решётки. Расстояние между частицами вещества увеличивается. Соответственно увеличивается потенциальная энергия частиц.
  • При отвердевании вещества происходит образование кристаллической решетки, потенциальная энергия частиц уменьшается.

Рассмотрите график и ответьте на вопросы:

1. В какой момент времени начался процесс плавления вещества?

2. В какой момент времени вещество кристаллизовалось?

3. Чему равна температура плавления вещества? Температура кристаллизации?

4. Сколько длилось: а) нагревание твердого тела ;

Презентация на тему: Изменение агрегатного состояния вещества

И з м е н е н и е агрегатного состояния в е щ е с т в а

Что происходит с молекулами вещества, когда вещество находится в разных агрегатных состояниях? какова скорость молекул вещества? какое расстояние между молекулами? каково взаимное расположение молекул?

Переход вещества из твердого состояния в жидкое называют плавлением Телу сообщают энергию Как изменяется внутренняя энергия вещества? Как изменяется энергия молекул и их расположение? Когда тело начнет плавиться? Изменяются ли молекулы вещества при плавлении? Как изменяется температура вещества при плавлении?

Переход вещества из жидкого состояния в твердое называют кристаллизацией жидкость отдает энергию Как изменяется внутренняя энергия вещества? Как изменяется энергия молекул и их расположение? Когда тело начнет кристаллизоваться? Изменяются ли молекулы вещества при кристаллизации? Как изменяется температура вещества при кристаллизации?

Физическая величина, показывающая какое количество теплоты необходимо для превращения 1 кг кристаллического вещества, взятого при температуре плавления, в жидкость той же температуры, называется удельной теплотой плавления

“Читаем график” Какие участки графика соответствуют росту температуры вещества? уменьшению?

“Читаем график” В какой момент времени начался процесс плавления вещества? В какой момент времени вещество кристаллизовалось? Чему равна температура плавления вещества? кристаллизации? Сколько длилось: нагревание твердого тела; плавление вещества;остывание жидкости?

Проверь себя ! 1. При плавлении тела . а) теплота может и поглощаться, и выделяться. б) теплота не поглощается и не выделяется. в) теплота поглощается. г) теплота выделяется. 2. При кристаллизации жидкости . а) температура может и повышаться, и понижаться. б) температура не изменяется. в) температура понижается. г) температура повышается. 3. При плавлении кристаллического тела . а) температура понижается. б) температура может и повышаться, и понижаться. в) температура не изменяется. г) температура повышается. 4. При агрегатных превращениях вещества количество молекул вещества … а) не изменяется. б) может и увеличиваться, и уменьшаться. в) уменьшается. г) увеличивается.

Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называют парообразованием Как изменяется внутренняя энергия вещества при парообразовании? Как изменяется энергия молекул и их расположение? Изменяются ли молекулы вещества при парообразовании? Как изменяется температура вещества при парообразовании?

Переход вещества из газообразного состояния в жидкое называют конденсацией Как изменяется внутренняя энергия вещества при конденсации? Как изменяется энергия молекул и их расположение? Изменяются ли молекулы вещества при конденсации?

Испарение – парообразование, происходящее с поверхности жидкости 1. Какие молекулы покидают жидкость при испарении? 2. Как изменяется внутренняя энергия жидкости при испарении? 3. При какой температуре может происходить испарение? 4. Как изменяется масса жидкости при испарении?

Объясни, почему: вода из блюдца испарилась быстрее? нарушилось равновесие весов? через несколько дней уровень различных жидкостей стал разным.

Объясни Как будет происходить испарение, если над жидкостью будет дуть ветер? Почему вода из тарелки испаряется быстрее, чем из миски?

кипение 1. Что образуется на стенках банки, если она долго стояла с водой? 2. Что находится в этих пузырьках? 3. Поверхность пузырьков одновременно является поверхностью жидкости. Что будет происходить с поверхности внутри пузырьков?

Сравните процессы испарения и кипения 1. В какой части жидкости происходит парообразование? 2. Какие изменения температуры жидкости происходят в процессе парообразования? 3. Как изменяется внутренняя энергия жидкости в процессе парообразования? 4. От чего зависит скорость протекания процесса?

Работа газа и пара при расширении 1. Почему иногда подпрыгивает крышка чайника, когда в нем кипит вода? 2. Кода пар толкает крышку чайника, что он совершает? 3. Какие превращения энергии происходят, когда крышка подпрыгивает?

Каким бывает лёд ? Горячий лёд Мы привыкли считать, что вода не может быть в твёрдом состоянии при t выше 0 0С. Английский физик Бриджмен по- казал, что вода под давлением р

2*109 Па остаётся твёрдой даже при t = 76 0С. Это так называемый «го- рячий лёд — 5». Взять его в руки не- льзя, о свойствах этой разновидно- сти льда узнали косвенным образом. «Горячий лёд» плотнее воды (1050 кг/м3), он тонет в воде. Сегодня известно более 10 разно- видностей льда с удивительными качествами. Сухой лёд При сгорании угля можно полу- чить не жар, а наоборот, холод. Для этого уголь сжигают в котлах, образующийся дым очищают и улавливают в нём углекислый газ. Его охлаждают и сжимают до давления 7*106 Па. Получается жидкая углекислота. Её хранят в толстостенных баллонах. При открывании крана жидкая углекислота резко расширяется и охдаждается, превращаясь в твёр- дую углекислоту – «сухой лёд». Под влиянием теплоты хлопья сухого льда сразу переходят в газ, минуя жидкое состояние.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: