Внутренняя энергия — определение, показатели и факторы влияния

Внутренняя энергия представляет собой сумму кинетической энергии всех молекул, составляющих тело, и потенциальной энергии, связанной с их взаимным влиянием. ВЭ зависит от температуры, потому что чем она выше, тем быстрее молекулы движутся, у них больше КЭ. Температура является мерой КЭ молекул.

Внутренняя энергия — определение, показатели и факторы влияния

Внутренняя энергия тела

Единица измерения температуры в системе СИ составляет 1 К (Кельвин). Каждый день используют другие единицы измерения — ° C (градусы Цельсия). 0 ° C — это точка замерзания воды, 0K — это так называемый абсолютный ноль, минимально возможная температура. Чтобы перевести градусы Цельсия в Кельвины, нужно добавить к ним 273. Если ВЭ является суммой тепла всех молекул, это тело обладает большей Э.

Внутренняя энергия — определение, показатели и факторы влияния

ВЭ тела можно увеличить, выполняя работу над телом или обеспечивая тепло. Это определённое количество движения, передаваемого между объектами. Тепло течёт от предмета с более высокой температурой к телу с более низкой Т.

Энергия может происходить тремя способами:

  • теплопроводностью;
  • излучением;
  • конвекцией.

Последний термин — это процесс теплопередачи, связанный с движением вещества в газе или жидкости, например, подъём тёплого воздуха.

Приращение движения микрочастиц тела равно сумме работы, выполненной над телом, и тепла, подаваемого к нему.

∆U = W + Q

Внутренняя энергия формула — это сумма всех видов энергии молекул, из которых он состоит. Они имеют только кинетическую энергию.

Принцип энергетической эквивалентности гласит, что для каждой степени свободы учитывается одна и та же средняя КЭ, равная QD / 2, поэтому среднюю КЭ молекул можно рассчитать по формуле:

(Ek) = i кТ / 2

Внутренняя энергия — определение, показатели и факторы влияния

Где есть так называемое количество степеней свободы, то есть количество координат, которые должны быть указаны для определения положения частицы в пространстве. Для одноатомных молекул и = 3, двухатомных и = 5, других (3 или более атомных) и = 6. ВЭ газа с постоянной массой изменяется только при изменении его температуры. ВЭ может быть изменена путём подачи тепла к газу или выполнения работы с ним.

А формулировка первого закона термодинамики гласит, что изменение ВЭ газа равно сумме тепла, указанного с окружающей средой, и работы, проделанной с ним.

∆U = Q + W

Тепло Q и B может иметь отрицательный или положительный знак. Q имеет, когда газ отдаёт тепло +, и он получает тепло. Если положительный знак, когда работа над газом осуществляется силой, внешней — объём газа уменьшается, и отрицательной, когда газ работает (увеличивается).

При переходе изотермическая ВЭ не изменяется (поскольку температура не меняется), тогда Q + W = 0.

Когда изохорическое преобразование в = 0 (поскольку объём не изменяется), тогда ∆U = Q.

Если Q = 0 (газ не обменивается теплом с окружающей средой), то этот переход называется переходом адиабаты. Тогда уравнение ∆U = W.

При адиабатическом способе изменения внутренней энергии давление является более значительным, чем при изотермическом процессе. Молекулы и атомы каждого тела имеют зависимость от движения. Каждая такая частица имеет КЭ. Измерить среднюю её температуру можно.

Факторы влияния

Например, в результате резкого снижения температуры, связанного с обменом энергии с окружающей средой при расширении, течение возникает вследствие конденсации водяного пара. Значение ВЭ этого тела или системы трудно установить из-за его сложной природы. Это легче определить, когда более существенные изобарные изменения этой энергии обусловлены различными явлениями, такими как расширение газа под функцией давления.

Внутренняя энергия — определение, показатели и факторы влияния

Как известно, температура связана со средней КЭ молекул тела. Однако как два предмета отличаются при одинаковой температуре, но разной массе и, следовательно, разном количестве молекул, не совсем понятно. Очевидно, что сумма энергии частицы будет больше в случае тела с большей массой. Энергию энтропии, связанную с физическим движением и взаимным расположением частиц, называют ВЭ.

Из этого следует, что смысл ВЭ зависит от трёх факторов:

  • количество атомов и молекул, составляющих это тело — чем больше молекул, тем выше сумма компонентов;
  • температура тела — чем выше Т, тем больше средняя КЭ частиц, общая Э системы.

Характер вещества и его состояние энтальпия — понятие величины потенциальной энергии, полученной в результате межмолекулярного воздействия, зависит от состояния концентрации и различно для разных веществ.

Вот примеры:

Внутренняя энергия — определение, показатели и факторы влияния

  • При той же заданной температуре воды ведро имеет больше ВЭ, чем стакан воды, так как в ведре содержится гораздо больше молекул.
  • Чашка горячего чая имеет большую ВЭ, чем такое же количество холодного чая, потому что молекулы горячей жидкости имеют большую среднюю КЭ, и в обоих стаканах их столько же.
  • Стакан воды при 0 ° С обладает большей ВЭ, чем кусок льда, созданный из него при той же температуре.
  • Изменения показателей

    Стоит подумать о том, как можно изменить термодинамическую внутреннюю энергию тела.

    Важно упомянуть несколько явлений.

    Внутренняя энергия — определение, показатели и факторы влияния

    Если человек потирает руки, то чувствует, что они становятся теплее. Повышение температуры указывает на увеличение ВЭ.

    Другим довольно распространённым явлением будет механический нагрев тел, отшлифованных пилкой или наждачной бумагой. Такую работу можно легко выполнить и увидеть эффект дома. Долгое выполнение этой операции может даже привести к ожогам.

    Распространённым явлением является нагрев воздуха, содержащегося в автомобильных шинах. Шина деформируется в точке соприкосновения с землёй, поворот колеса приводит к деформации его осколков, а также к сжатию воздуха в нём. Работа дорожно-автомобильной системы в момент деформации шины и сжатия воздуха приводит к увеличению ВЭ молекул газа внутри шины.

    Можно попытаться (если у вас есть доступ к соответствующим инструментам) выполнить опыт, где нужно ударять молотком по металлическому стержню, расположенному на твёрдой поверхности. Оказывается, ударная штанга нагревается. Кузнец может нагреть металлический стержень до температуры, при которой он начинает светиться.

    Приведённые выше примеры доказывают, что температура тела может повышаться за счёт выполнения работ на нём. Повышение температуры свидетельствует об увеличении ВЭ. Увеличение показателя может быть достигнуто не только при выполнении работ. Можно опустить руки в тёплую воду, а также добиться эффекта увеличения ВЭ.

    Внутренняя энергия — определение, показатели и факторы влияния

    Механизм передачи ВЭ от тёплой воды к коже рук можно описать следующим образом:

  • Температура воды выше, чем температура кожи наших рук. Это означает, что молекулы воды имеют более высокую среднюю КЭ.
  • Прилегающие к коже молекулы воды сталкиваются с частицами кожи. Во время этих столкновений и молекулы воды, и частицы кожи теряют энергию.
  • ВЭ переносится из воды на кожу рук.
  • Этот метод передачи называется тепловым потоком, а часть ВЭ, которая была передана в описанном выше механизме, называется теплом. Тепловой поток, который возможен только между телами с разными температурами, всегда исходит от тела с высокими данными и прекращается после выравнивания Т.

    Поэтому, если кладут руки в холодную воду, процесс движения микрочастиц происходит в обратном направлении. Частицы кожи, обладающие большой кинетической энергией, при столкновениях с молекулами воды теряют её, а молекулы воды приобретают энергию, то есть она передаётся от кожи к воде. Неправильно утверждение, что этот холод течёт из воды в руки. То, что течёт, является частью ВЭ, называемой теплом. Это, если в описанной выше ситуации ощущается повышение или понижение температуры, зависит от направления, в котором происходит этот поток. Тепловой блок, как и любой тип энергии, в физике — это Джоуль.

    Внутренняя энергия — определение, показатели и факторы влияния

    При сверлении отверстий в стальной пластине охлаждающая жидкость заливается на буровую площадку. Благодаря этому, плита и дрель не нагреваются чрезмерно. Этот идеальный процесс анализируется с точки зрения изменения внутренней энергии, представленной следующим образом: благодаря работе, ВЭ сверла и дисков увеличивается, но часть этой энергии передаётся теплоносителю в виде тепла.

    В результате ВЭ может остаться неизменной — это произойдёт, если её рост, вызванный работой, будет равняться теплу перенесённой жидкости. Если теплопередача жидкости меньше работы сил трения, ВЭ увеличится, но на меньшее значение, чем при отсутствии охлаждения. Если тепло от разговорной жидкости будет больше, то от проделанной работы внутренняя теплота сверла и пластины уменьшится.

    Чтобы пластилин стал более пластичным, его нужно нагреть. Можно сделать это, держа его в руках, но результат будет достигнут гораздо быстрее, если дополнительно помять его. Пластилин получает тепло от рук, и в результате его ВЭ растёт. При его разминании делается работа, которая также увеличивает внутреннюю энергию.

    Беликова Ирина

    Учитель физики, информатики и вычислительной техники. Победитель конкурса лучших учителей Российской Федерации в рамках Приоритетного Национального Проекта "Образование".

    Оцените автора
    Добавить комментарий

    Вставить формулу как
    Блок
    Строка
    Дополнительные настройки
    Цвет формулы
    Цвет текста
    #333333
    Используйте LaTeX для набора формулы
    Предпросмотр
    \({}\)
    Формула не набрана
    Вставить
    Adblock
    detector