Внутрішня енергія речовини
Відео: Фізика 8 клас - Внутрішня енергія
Щоб відповісти на питання, що таке внутрішня енергія, давайте згадаємо приклад, який приводив шкільний викладач, пояснюючи сенс кінетичної і потенційної енергій. Якщо говорити простою мовою, то перша з них - це енергія переміщення, якою володіє будь-яке рухоме тіло, а друга - нереалізована здатність виконати будь-яку роботу. Причому обидві ці енергії здатні «перетікати» одна в іншу.
Відео: Фізика. Термодинаміка: Внутрішня енергія та способи її зміни. Центр онлайн-навчання «Фоксфорд»
Давайте скористаємося прикладом. На пластичної поверхні (свинцевий лист) знаходиться важкий металевий кулю. Візьмемо його і піднімемо на висоту витягнутої руки. Поки він рухався до верхньої точки, його кінетична енергія зменшувалася, а потенційна зростала, досягнувши свого максимуму в момент зупинки. Але ось ми відпускаємо куля, і він під дією гравітації спрямовується вниз. Що відбувається в цей момент? Дуже просто: потенційна (накопичена) енергія перетворюється в прискорений рух. Так відбувається до тих пір, поки куля не впаде на поверхню і не зупиниться (саме тому в прикладі ми взяли пластичну основу). На перший погляд може здатися, що енергія кулі зникла, проте це не так, тому що внутрішня енергія збільшилася. Якщо уважно оглянути місце падіння, то там видно вм`ятина на металі, так і куля деформувався (особливо, якщо він також свинцевий). Крім того, в місці зіткнення виділилося тепло.
Що при цьому відбувається на молекулярному рівні в структурі металу? Молекули, що утворюють матеріал, об`єднані один з одним силами взаємного тяжіння і відштовхування. Деформація викликає зміщення деяких з них, в результаті чого змінюється загальна внутрішня енергія. Ці частинки непомітні оку, але також володіють кінетичної і потенційної енергіями. Зміщення у внутрішній структурі через падіння повідомляє додаткову енергію молекулам. Внутрішня енергія обумовлена взаємодією частинок, тому існує завжди. Це одна з характеристик матерії. Внутрішня енергія - це сума потенційної і кінетичної, притаманна всім молекулам і атомам даного тіла.
Існує формула розрахунку. Важливий момент - такий спосіб підходить лише для розрахунку ідеального газу. У ньому потенційна енергія
Відео: 5.Увеліченіе внутрішньої енергії тіла при здійсненні роботи
F = (I / 2) * (m / M) * T * R,
де I - коефіцієнт ступенів свободи. Тут враховується тільки кількість молекул m і навколишня температура T. У реальних газових середовищах додатково потрібно передбачати займаний обсяг, тиск і структуру самих молекул.
Відео: Фізика. Внутрішня енергія молекул ідеального газу. МКТ
Говорячи про взаємне перетворення видів енергії мушу зазначити Ю. Р. Майера. Будучи корабельним лікарем, він звернув увагу на відмінність інтенсивності забарвлення крові у матросів та мешканців холодних держав. Згодом саме він вказав на одне з головних властивостей енергії - її сталість. Вона нікуди не зникає, а лише перетворюється в інші види, при цьому сумарне значення зберігається незмінним.
Внутрішня енергія води також підпорядковується загальним законам. Наприклад, морякам добре відомо, що після минулої бурі температура води за бортом корабля завжди вище, ніж до неї. Це сталося завдяки тому, що атмосферний фронт повідомив частину своєї енергії масі води, нагріти. Інший приклад, з яким кожна людина стикається щодня - це кип`ятіння. Досить поставити ємність з водою на плиту і включити газ, як внутрішня енергія рідини починає зростати. Молекули отримують додатковий імпульс, швидкість їх руху зростає. Відповідно, число взаємних зіткнень також стає більше. Але якщо прибрати джерело зовнішньої температури, то вода охолоне не відразу. Це відбувається через накопиченої в русі частинок внутрішньої енергії. До речі, процес охолодження також є прояв закону збереження: навколишнє повітря нагрівається і розширюється, здійснюючи роботу.
