Внутреннюю энергию тела можно изменить путём теплопередачи. Передать тепло от одного тела другому можно тремя способами.

 Теплопроводность

Чтобы узнать, как передаётся тепло, проделаем опыт. К металлическому стержню с помощью воска приклеим кнопки. Будем нагревать один конец стержня и наблюдать, как под действием распространяющегося по стержню тепла воск плавится и кнопки отваливаются.

Значит, тепло постепенно передаётся от одной части стержня к другим. Чем дальше часть стержня от источника тепла, тем больше времени нужно для её нагрева.

Объяснение теплопроводности

При нагревании одного конца стержня его молекулы начинают колебаться сильнее и толкают соседние молекулы. Те в свою очередь толкают своих соседей и так колебания распространяются по всему стержню. Так постепенно весь стержень нагревается.

Тепло может передаваться не только от одной части тела другой, но и от одного тела другому. Опустим холодную ложку в стакан с горячим чаем. Постепенно ложка нагреется, а чай немного остынет. Что произошло? Быстрые молекулы горячего чая толкали медленные молекулы холодной ложки, заставляя их двигаться быстрее и нагреваться. А сами отдавали энергию и охлаждались.

Теплопроводность — процесс, при котором энергия передаётся от одного тела к другому или от одной части тела к другой за счёт теплового движения частиц и их взаимодействия между собой. 

При теплопроводности происходит перенос тепла (энергии), а переноса вещества не происходит. Ведь толщина стержня не меняется, а металлическая ложка не передаёт свои молекулы чаю.

 Различная теплопроводность

Разные тела могут по-разному проводить тепло. Если провести опыт по нагреванию стержней из разрых металлов, то в этом можно убедиться.

Металлы обладают наилучшей теплопроводностью.

Теплопроводность жидкостей проверим на опыте. Поместим кусочки льда в пробирку с водой и не дадим им всплывать. если теперь греть верхнюю часть пробирки, то лёд таять не будет, потому что вода плохо передаёт тепло.

Жидкости (не металлы!) обладают плохой теплопроводностью.

Чтобы проверить, как проводят тепло газы, проведём опыт. Пробирку разместим над пламенем закрытым концом вверх. Пальцу не будет горячо, так как воздух ещё хуже проводит тепло, чем жидкость.

То, что воздух, как и другие газы, плохо проводит тепло, используют для теплоизоляции. Например, надевая пушистую одежду мы защищаемся от холода; теплоизолирующие материалы содержат в своём составе много воздуха.

Также тепло плохо проводит дерево: горящую спичку можно держать пальцами.

Самую плохую теплопроводность имеет вакуум — сильно разреженный газ. 

Чем дальше друг от друга расположены частицы в веществе, тем хуже они передают тепло и тем меньше их теплопроводность.

Применение теплоизоляции

    

                                     

Информация о материале

Просмотров: 16

 Механическая энергия бывает двух видов:

Кинетическая — энергия движения тела.

Потенциальная — энергия взаимодействия с другими телами или с другими частями тела.

Молекулы внутри тела участвуют в тепловом движении. Значит, обладают кинетической энергией. Молекулы взаимодействуют друг с другом. Значит, обладают потенциальной энергией.

Сумма кинетической и потенциальной энергий всех молекул тела называется его внутренней энергией.

 Внутренняя энергия обозначается буквой U и измеряется в Джоулях.

Превращение энергии

 В различных процессах механическая энергия может перейти во внутреннюю. Потенциальная энергия превращается во внутреннюю в таком опыте:

Можно убедиться, что внутренняя энергия шара действительно изменилась. Посмотрите на нижнюю часть шара: он деформировался. Значит, уменьшилось расстояние между молекулами и усилилось взаимодействие между ними.

Также можно измерить температуру шара до и после удара. Увидим, что она увеличилась. Значит, увеличилась кинетическая энергия молекул.

Внутренняя энергия шара изменилась. Плита в результате взаимодействия с шаром тоже деформировалась и нагрелась. Таким образом, механическая энергия шара перешла во внутреннюю энергию шара и плиты.

 При любом движении тела в присутствии трения происходит нагревание соприкасающихся тел. Значит, механическая энергия переходит во внутреннюю.

Нагревание происходит при торможении о воздух космического корабля, поэтому на негоприходится устанавливать теплозащиту.

Внутренняя энергия не зависит от его механического движения и положения относительно других тел.

Внутренняя энергия тела определяется внутренним состоянием тела: характером движения и взаимным расположением молекул. 

От чего зависит внутренняя энергия тела?

Внутренняя энергия одной молекулы очень невелика, но в теле очень много таких молекул. Поэтому чем больше в теле молекул, тем больше будет внутренняя энергия всего тела целиком.

Внутренняя энергия зависит от количества молекул в теле.

При нагревании увеличивается кинетическая энергия молекул, участвующих в тепловом движении. Значит, увеличивается внутренняя энергия тела.

Внутренняя энергия тела зависит от его температуры.

Тела можно не только нагревать, их можно переводить в другое состояние. Тела можно плавить, испарять, конденсировать и так далее. Меняется ли внутренняя энергия тела в разных агрегатных состояниях?

Возьмём одно и то же количество воды при одной и той же температуре в 100 ºС в жидком и газообразном состоянии. Если температура одинакова, то одинаковы кинетические энергии движения молекул. А что насчёт потенциальной? 

 
В газообразном состоянии расстояния мезду молекулами воды больше, чем в жидком. А потенциальную энергия можно рассматривать как работу, которую потребовалось совершить, чтобы раздвинуть молекулы на большее расстояние. Следовательно, потенциальная энергия молкул в газе больше, чем в жидкости.

Можно рассуждать по-другому. Чтобы перевести воду в газообразное состояние, нужно преодолеть силы взаимодействия между молекулами, ведь в жидкости молекулы притягиваются друг к другу, а в газе нет. Эта работа запасается в веществе в виде внутренней энергии и будет выделена при обратном переходе — из газообразного состояния в жидкое.

Внутренняя энергия зависит от агрегатного состояния тела: в жидком она больше, чем в твёрдом, в газообразном больше, чем в жидком.

                                     

Информация о материале

Просмотров: 24

 Давайте сравним механическую и внутреннюю энергии самолёта, стоящего не земле и летящего. Будем считать, что температура воздуха (и самолёта) в обоих случаях одинаковы. 

 

 

Отличаются ли механические энергии самолёта в двух случаях?

Да, отличаются. Когда самолёт летит, он находится выше, чем был, значит, обладает большей потенциальной энергией. К тому же в полёте самолёт имеет скорость, значит, и кинетической энергией.

Отличаются ли внутренние энергии?

Нет, не отличаются. Ни температура, ни количество молекул, ни агрегатное состояние самолёта не изменились, значит, не изменилась и внутренняя энергия.

 

  Как же можно изменить внутреннюю энергию?

 Совершением работы

Над телом можно совершить работу, например, ударить по нему молотком, или потереть палочкой, или заставить быстро двигаться. Во свех этих случаях внутренняя энергия тела будет увеличиваться.

  

Если внешние силы совершают над телом работу, то его внутренняя энергия увеличивается.

Однако тело может само совершать работу. Если взять банку, закртыую пробкой, и накачивать в неё воздух, то в конце концов пробка вылетит, а внутренняя энергия воздуха в банке уменьшится. Это происходит потому, что воздух совершает работу по выталкиванию пробки и сообщению ей кинетической энергии.

Внутренняя энергия уменьшается, если тело само совершает работу.

 Путём теплопередачи

Изменить внутреннюю энергия можно также путём нагревания или охлаждения, то есть путём теплопередачи.

Процесс изменения внутренней энергии тела без совершения работы называют теплопередачей.

Если к одному концу металлического стержня поднести пламя, то скоро нагреется весь стержень. При нагревании молекулы стрежня начинают двигаться быстрее, то есть увеличивается их кинетическая энергия. А значит, увеличивается и внутренняя энергия стержня.

Если нагретый стержень опустить в стакан с водой, то он остынет, а вода нагреется.

Теплообен (теплопередача) происходит только если есть разность температур.

Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: совершением работы и теплопередачей.

                                     

Информация о материале

Просмотров: 22

Температура — величина, характеризующая степень нагретости тела.

Тепловые явления — явления, важной характеристикой которых является температура. 

Например, нагревание и охлаждение, замерзание и плавление, испарение и конденсация.

 Если привести в соприкосновение тела с разной температурой, то через некоторое время их температуры выровняются: тело с большей температурой передаст часть тепла телу с меньшей температурой. Говорят, что тела придут к состоянию теплового равновесия.

Измерение температуры

Для измерения температуры используют термометр. Его приводят в соприкосновение с веществом, температуру которого хотят измерить. Через некоторое время термометр и вещество придут в состояние теплового равновесия. Тепеь термометр показывает общую температуру.

Рабочим телом термометра часто является жидкость — ртуть или подкрашенный спирт. При нагревании она расширяется и увеличивается длина столбика термометра. При охлаждении длина столбика уменьшается. Принцип действия термометра основан на расширении тел при нагревании.

Шкала температуры

Чтобы количественно определить температуру, нужны единицы измерения. Шкал для измерения температуры придумано несколько. Наиболее привычная нам шкала измеряет температуру в градусах Цельсия. 

 Андерс Цельсий в 1742 году предложил шкалу, основанную на двух точках:

1) 0 градусов — температура плавления воды;
2) 100 градусов — температура кипения воды.

Столбик между двумя этими точками разделили на 100 частей. Каждая часть соответствует изменению температуры на 1º Цельсия.

Что характеризует температура?

Вспомним броуновское движение — движение макроскопических частиц под действием ударов молекул. При повышении температуры броуновские частицы двигаются быстрее, это можно увидеть в микроскоп. Значит, быстрее двигаются молекулы, которые их толкают. 

При увеличении температуры увеличивается скорость теплового движения частиц, составляющих вещество.

 Именно поэтому движение молекул называют тепловым.

Симуляция броуновского движения

Отличие теплового движения от механического состоит в том, что в механическом движении участвует одно тело, и в любой момент времени можно определить его скорость. В тепловом движении участвует огромное число частиц, скорости которых различаются. Поэтому определить можно только их среднюю скорость, мерой которой и является температура.

  

 При нагревании тела увеличивается скорость теплового движения его молекул, а значит, и их кинетическая энергия. То тепло, которое затрачивается на нагревание тела, превращается в эту кинетическую энергию — не всего тела целиком, а отдельных молекул этого тела.

Таким образом, температура характеризует среднюю кинетическую энергию теплового движения молекул.

 Абсолютная температура

Шкала Цельсия, как и другие шкалы температур, является относительной, поскольку построена относительно характерных точек температур для воды. Для построения абсолютной шкалы температур нужно определить какое-то явление, которое не зависит от конкретного вещества.

Что если понижать температуру до тех пор, пока тепловое движение частиц вещества совсем не прекратится? Такую температуру назвали абсолютным нулём — температурой прекращения теплового движения.

На основе абсолютного нуля построена абсолютная шкала температур — шкала Кельвина. Градусы на ней такие же по величине, как по шкале Цельсия, но отрицательных температур по абсолютной шкале быть не может.

Ноль градусов по Кельвину соответствует примерно -273ºC.

Шкала названа по имени и британского физика Томсона Уильяма Кельвина (1824— 1907).

 1 К = 1°С

Чтобы перевести температуру в градусах Цельсия в абсолютную температуру в Кельвинах, нужно прибавить 273:

T = t + 273

                                     

Информация о материале

Просмотров: 34