طاقة الجسم الداخليةلا يمكن أن تكون قيمة ثابتة. يمكن أن يتغير في أي جسم. إذا قمت بزيادة درجة حرارة الجسم، فإن طاقته الداخلية ستزداد، لأن سيزداد متوسط سرعة الحركة الجزيئية. وبذلك تزداد الطاقة الحركية لجزيئات الجسم. وعلى العكس من ذلك، مع انخفاض درجة الحرارة، تنخفض الطاقة الداخلية للجسم.
بإمكاننا أن نستنتج: تتغير الطاقة الداخلية للجسم بتغير سرعة حركة الجزيئات.دعونا نحاول تحديد الطريقة التي يمكن استخدامها لزيادة أو تقليل سرعة حركة الجزيئات. النظر في التجربة التالية. دعونا نعلق أنبوبًا نحاسيًا بجدران رقيقة على الحامل. املأ الأنبوب بالأثير وأغلقه بسدادة. ثم نربطه بحبل ونبدأ في تحريك الحبل بشكل مكثف في اتجاهات مختلفة. بعد فترة معينة، سوف يغلي الأثير، وستعمل قوة البخار على دفع القابس للخارج. تظهر التجربة أن الطاقة الداخلية للمادة (الأثير) قد زادت: بعد كل شيء، تغيرت درجة حرارتها، وفي نفس الوقت تغلي.
حدثت الزيادة في الطاقة الداخلية بسبب الشغل المبذول عند فرك الأنبوب بحبل.
كما نعلم، يمكن أن يحدث تسخين الأجسام أيضًا أثناء الصدمات أو الانثناء أو التمدد، أو ببساطة أثناء التشوه. وفي جميع الأمثلة المذكورة، تزداد الطاقة الداخلية للجسم.
وبالتالي يمكن زيادة الطاقة الداخلية للجسم عن طريق بذل شغل على الجسم.
إذا تم تنفيذ العمل من قبل الجسم نفسه، فإن طاقته الداخلية تنخفض.
دعونا نفكر في تجربة أخرى.
نقوم بضخ الهواء في وعاء زجاجي ذو جدران سميكة ومغلق بسدادة من خلال ثقب مصنوع خصيصًا فيه.
بعد مرور بعض الوقت، سوف يطير الفلين من السفينة. في اللحظة التي تطير فيها السدادة من السفينة، سنكون قادرين على رؤية تشكيل الضباب. وبالتالي فإن تكوينه يعني أن الهواء الموجود في الوعاء أصبح باردًا. يقوم الهواء المضغوط الموجود في الوعاء بقدر معين من العمل عند دفع القابس للخارج. ويقوم بهذا العمل بسبب طاقته الداخلية التي تقل. يمكن استخلاص استنتاجات حول انخفاض الطاقة الداخلية بناءً على تبريد الهواء في الوعاء. هكذا، يمكن تغيير الطاقة الداخلية للجسم عن طريق أداء عمل معين.
ومع ذلك، يمكن تغيير الطاقة الداخلية بطريقة أخرى، دون بذل شغل. لنفكر في مثال: الماء يغلي في الغلاية الموضوعة على الموقد. يتم تسخين الهواء والأشياء الأخرى الموجودة في الغرفة بواسطة مشعاع مركزي. في مثل هذه الحالات، تزداد الطاقة الداخلية، لأن ترتفع درجة حرارة الجسم. لكن العمل لم يتم. لذلك، نستنتج قد لا يحدث تغيير في الطاقة الداخلية بسبب أداء عمل معين.
دعونا ننظر إلى مثال آخر.
ضع إبرة الحياكة المعدنية في كوب من الماء. الطاقة الحركية لجزيئات الماء الساخن أكبر من الطاقة الحركية لجزيئات المعدن البارد. ستقوم جزيئات الماء الساخن بنقل بعض طاقتها الحركية إلى جزيئات المعدن البارد. وبالتالي فإن طاقة جزيئات الماء ستنخفض بطريقة معينة، بينما ستزداد طاقة جزيئات المعدن. ستنخفض درجة حرارة الماء، وستنخفض درجة حرارة إبرة الحياكة ببطء 
سيزيد. في المستقبل، سيختفي الفرق بين درجة حرارة إبرة الحياكة والماء. ونتيجة لهذه التجربة، رأينا تغيرا في الطاقة الداخلية لمختلف الأجسام. نستنتج: تتغير الطاقة الداخلية للأجسام المختلفة بسبب انتقال الحرارة.
تسمى عملية تحويل الطاقة الداخلية دون أداء عمل محدد على الجسم أو الجسم نفسه انتقال الحرارة.
لا تزال لديك أسئلة؟ لا تعرف كيف تقوم بواجبك المنزلي؟
للحصول على مساعدة من المعلم -.
الدرس الأول مجاني!
blog.site، عند نسخ المادة كليًا أو جزئيًا، يلزم وجود رابط للمصدر الأصلي.
المقالة أدناه ستتحدث عن الطاقة الداخلية وكيفية تغييرها. هنا سوف نتعرف على التعريف العام لـ VE، بمعناه ونوعين من التغيرات في الحالة من خلال الطاقة التي يمتلكها الجسم المادي أو الجسم. وعلى وجه الخصوص، سيتم النظر في ظاهرة انتقال الحرارة والشغل.
مقدمة
الطاقة الداخلية هي ذلك الجزء من موارد النظام الديناميكي الحراري الذي لا يعتمد على نظام مرجعي محدد. ويمكن أن يغير معناه داخل المشكلة قيد الدراسة.
الخصائص ذات القيمة المتساوية في الإطار المرجعي، والتي بالنسبة لها تكون الكتلة المركزية لجسم/جسم ذي أبعاد عيانية في حالة سكون، لها نفس الطاقات الإجمالية والداخلية. إنهم يتطابقون دائمًا مع بعضهم البعض. مجموعة الأجزاء التي تشكل إجمالي الطاقة المتضمنة في الطاقة الداخلية ليست ثابتة وتعتمد على ظروف المشكلة التي يتم حلها. وبعبارة أخرى، الطاقة المتجددة ليست نوعا محددا من موارد الطاقة. إنه يمثل مجموع عدد من مكونات نظام الطاقة الإجمالية التي تختلف لتناسب مواقف معينة. تعتمد طرق تغيير الطاقة الداخلية على مبدأين أساسيين: نقل الحرارة والشغل.
VE هو مفهوم محدد للأنظمة ذات الطبيعة الديناميكية الحرارية. فهو يسمح للفيزيائيين بتقديم كميات مختلفة، مثل درجة الحرارة والإنتروبيا، وأبعاد الإمكانات الكيميائية، وكتلة المواد التي تشكل النظام.
الانتهاء من العمل
هناك طريقتان لتغيير الطاقة الداخلية للجسم (الأجسام). الأول يتم تشكيله من خلال عملية أداء العمل المباشر على كائن ما. والثاني هو ظاهرة انتقال الحرارة.
في الحالات التي يتم فيها تنفيذ العمل من قبل الجسم نفسه، سينخفض مؤشر الطاقة الداخلي الخاص به. عندما تكتمل العملية بواسطة شخص ما أو شيء ما على الجسم، ستزداد قيمة VE الخاصة به. وفي هذه الحالة يحدث تحول لمصدر الطاقة الميكانيكية إلى نوع الطاقة الداخلي الذي يمتلكه الجسم. كل شيء يمكن أن يتدفق أيضًا في الاتجاه المعاكس: ميكانيكيًا إلى داخليًا.
يزيد نقل الحرارة من قيمة HE. ومع ذلك، إذا برد الجسم، فسوف تنخفض الطاقة. مع الصيانة المستمرة لنقل الحرارة، سيزيد المؤشر. يعد ضغط الغازات بمثابة مثال على زيادة مؤشر VE، وتوسعها (الغازات) هو نتيجة لانخفاض قيمة الطاقة الداخلية.
ظاهرة انتقال الحرارة
يمثل التغير في الطاقة الداخلية عن طريق نقل الحرارة زيادة أو نقصان في إمكانات الطاقة. يمتلكها الجسم دون القيام بأعمال معينة (خاصة ميكانيكية). تسمى كمية الطاقة المنقولة الحرارة (Q، J)، والعملية نفسها تخضع لـ ZSE العام. تنعكس التغييرات في VE دائمًا بزيادة أو نقصان في درجة حرارة الجسم.
يمكن تنفيذ كلتا الطريقتين لتغيير الطاقة الداخلية (الشغل ونقل الحرارة) فيما يتعلق بجسم واحد بطريقة متزامنة، أي يمكن دمجهما.
يمكن تغيير VE، على سبيل المثال، عن طريق خلق الاحتكاك. وهنا يتم مراقبة أداء العمل الميكانيكي (الاحتكاك) وظاهرة التبادل الحراري بشكل واضح. حاول أسلافنا إشعال النار بطريقة مماثلة. لقد خلقوا احتكاكًا بين الخشب الذي تتوافق درجة حرارة الاشتعال فيه مع 250 درجة مئوية.
يمكن أن يحدث تغيير في الطاقة الداخلية للجسم من خلال الشغل أو نقل الحرارة في نفس الفترة الزمنية، أي أن هذين النوعين من الوسائل يمكن أن يعملا معًا. ومع ذلك، فإن الاحتكاك البسيط في حالة معينة لن يكون كافيا. للقيام بذلك، كان لا بد من شحذ فرع واحد. في الوقت الحالي، يمكن لأي شخص أن يصاب بالنار عن طريق فرك أعواد الثقاب، حيث تكون رؤوسها مغطاة بمادة قابلة للاشتعال تشتعل عند درجة حرارة 60-100 درجة مئوية. بدأ إنشاء أولى هذه المنتجات في الثلاثينيات من القرن التاسع عشر. كانت هذه مباريات الفوسفور. إنهم قادرون على الاشتعال عند درجة حرارة منخفضة نسبيًا - 60 درجة مئوية. قيد الاستخدام حاليًا وتم إدخاله حيز الإنتاج في عام 1855.
الاعتماد على الطاقة
عند الحديث عن طرق تغيير الطاقة الداخلية، سيكون من المهم أيضًا الإشارة إلى اعتماد هذا المؤشر على درجة الحرارة. والحقيقة هي أن كمية مورد الطاقة هذا يتم تحديدها من خلال متوسط كمية الطاقة الحركية المركزة في جزيء الجسم، والتي بدورها تعتمد بشكل مباشر على درجة الحرارة. ولهذا السبب فإن التغير في درجة الحرارة يؤدي دائمًا إلى تغير في VE. ويترتب على ذلك أيضًا أن التسخين يؤدي إلى زيادة الطاقة، والتبريد يؤدي إلى نقصانها.
درجة الحرارة وانتقال الحرارة
تنقسم طرق تغيير الطاقة الداخلية للجسم إلى: نقل الحرارة، والعمل الميكانيكي. ومع ذلك، سيكون من المهم معرفة أن كمية الحرارة ودرجة الحرارة ليسا نفس الشيء. لا ينبغي الخلط بين هذه المفاهيم. يتم تحديد قيم درجة الحرارة بالدرجات، ويتم تحديد كمية الحرارة المنقولة أو المنقولة بدلالة الجول (J).
إن ملامسة جسمين، أحدهما أكثر سخونة، يؤدي دائمًا إلى فقدان الحرارة من قبل أحدهما (الأكثر سخونة) واكتسابها من قبل الآخر (الأكثر برودة).
ومن المهم أن نلاحظ أن كلتا الطريقتين لتغيير VE الجسم تؤدي دائمًا إلى نفس النتائج. من المستحيل تحديد كيفية تحقيق التغيير بالضبط بناءً على الحالة النهائية للجسم.
تخضع جسيمات أي جسم، سواء كانت ذرات أو جزيئات، لحركة فوضوية ومستمرة (ما يسمى بالحركة الحرارية). ولذلك، فإن كل جسيم لديه بعض الطاقة الحركية.
بالإضافة إلى ذلك، تتفاعل جزيئات المادة مع بعضها البعض من خلال قوى الجذب والتنافر الكهربائية، وكذلك من خلال القوى النووية. لذلك، فإن نظام جزيئات الجسم بأكمله لديه أيضًا طاقة محتملة.
تشكل الطاقة الحركية للحركة الحرارية للجزيئات والطاقة الكامنة لتفاعلها معًا نوعًا جديدًا من الطاقة لا يختزل إلى الطاقة الميكانيكية للجسم (أي الطاقة الحركية لحركة الجسم ككل و الطاقة الكامنة لتفاعلها مع الهيئات الأخرى). ويسمى هذا النوع من الطاقة بالطاقة الداخلية.
الطاقة الداخلية للجسم هي إجمالي الطاقة الحركية للحركة الحرارية لجزيئاته بالإضافة إلى الطاقة الكامنة لتفاعلها مع بعضها البعض.
الطاقة الداخلية للنظام الديناميكي الحراري هي مجموع الطاقات الداخلية للأجسام الموجودة في النظام.
وهكذا تتشكل الطاقة الداخلية للجسم من خلال المصطلحات التالية.
1. الطاقة الحركية للحركة الفوضوية المستمرة لجزيئات الجسم.
2. الطاقة الكامنة للجزيئات (الذرات) بسبب قوى التفاعل بين الجزيئات.
3. طاقة الإلكترونات في الذرات.
4. الطاقة النووية.
في وفي حالة أبسط نموذج لمادة غازية مثالية يمكن الحصول على صيغة واضحة للطاقة الداخلية.
8.1 الطاقة الداخلية للغاز المثالي أحادي الذرة
الطاقة الكامنة للتفاعل بين جزيئات الغاز المثالي هي صفر (تذكر أننا في نموذج الغاز المثالي نهمل تفاعل الجزيئات عن بعد). لذلك، يتم تقليل الطاقة الداخلية للغاز المثالي أحادي الذرة إلى إجمالي الطاقة الحركية للحركة الانتقالية لذراته. يمكن إيجاد هذه الطاقة بضرب عدد ذرات الغاز N في متوسط الطاقة الحركية E لذرة واحدة:
ش = شمال شرق = ن | كيلو طن = نا | |||||
U = 3 2 م RT:
نرى أن الطاقة الداخلية للغاز المثالي (الذي لم تتغير كتلته وتركيبه الكيميائي) هي دالة فقط لدرجة حرارته. في الغاز الحقيقي، السائل أو الصلب، ستعتمد الطاقة الداخلية أيضًا على الحجم، لأنه عندما يتغير الحجم، يتغير الترتيب النسبي للجزيئات، ونتيجة لذلك، تتغير الطاقة المحتملة لتفاعلها.
8 بالنسبة للغاز متعدد الذرات، يجب على المرء أيضًا أن يأخذ في الاعتبار دوران الجزيئات واهتزازات الذرات داخل الجزيئات.
8.2 وظيفة الحالة
إن أهم خاصية للطاقة الداخلية هي أنها دالة لحالة النظام الديناميكي الحراري. أي أن الطاقة الداخلية يتم تحديدها بشكل فريد من خلال مجموعة من المعلمات العيانية التي تميز النظام، ولا تعتمد على "ما قبل التاريخ" للنظام، أي على الحالة التي كان عليها النظام من قبل وكيف انتهى به الأمر على وجه التحديد في هذه الحالة .
وهكذا، عندما ينتقل نظام ما من حالة إلى أخرى، فإن التغير في طاقته الداخلية يتحدد فقط من خلال الحالات الأولية والنهائية للنظام ولا يعتمد على مسار الانتقال من الحالة الأولية إلى الحالة النهائية. إذا عاد النظام إلى حالته الأصلية، فإن التغير في طاقته الداخلية يساوي صفرًا.
تظهر التجربة أن هناك طريقتين فقط لتغيير الطاقة الداخلية للجسم:
أداء الأعمال الميكانيكية.
انتقال الحرارة.
ببساطة، يمكنك تسخين غلاية فقط بطريقتين مختلفتين بشكل أساسي: فركها بشيء ما أو إشعال النار فيها :-) دعونا نفكر في هذه الطرق بمزيد من التفصيل.
8.3 التغير في الطاقة الداخلية : الشغل المنجز
إذا بذل شغل على جسم فإن الطاقة الداخلية للجسم تزداد.
على سبيل المثال، مسمار، بعد ضربه بمطرقة، يسخن ويتشوه قليلاً. لكن درجة الحرارة هي مقياس لمتوسط الطاقة الحركية للجزيئات في الجسم. يشير تسخين المسمار إلى زيادة في الطاقة الحركية لجزيئاته: في الواقع، يتم تسريع الجسيمات بتأثير المطرقة واحتكاك المسمار على اللوح.
التشوه ليس أكثر من إزاحة الجزيئات بالنسبة لبعضها البعض؛ بعد الاصطدام، يتعرض الظفر لتشوه انضغاطي، وتقترب جزيئاته من بعضها البعض، وتزداد قوى التنافر بينها، وهذا يؤدي إلى زيادة الطاقة الكامنة لجزيئات الظفر.
وبذلك زادت الطاقة الداخلية للظفر. وكان هذا نتيجة الشغل المبذول عليه بواسطة المطرقة وقوة الاحتكاك المؤثرة على اللوح.
إذا كان الجسم يقوم بالعمل نفسه، فإن الطاقة الداخلية للجسم تنخفض. لنفترض، على سبيل المثال، أن الهواء المضغوط الموجود في وعاء معزول بالحرارة تحت مكبس يتمدد
ويرفع حمولة معينة، وبالتالي يؤدي العمل9. خلال هذه العملية، يبرد الهواء، وتصطدم جزيئاته بالمكبس المتحرك، مما يمنحه جزءًا من طاقته الحركية. (وبنفس الطريقة، يقوم لاعب كرة القدم، بإيقاف كرة تطير بسرعة بقدمه، ويقوم بحركة بقدمه بعيدًا عن الكرة ويخفف سرعتها.) لذلك، تنخفض الطاقة الداخلية للهواء.
وبالتالي، فإن الهواء يعمل على حساب طاقته الداخلية: بما أن الوعاء معزول حراريًا، فلا يوجد تدفق للطاقة إلى الهواء من أي مصادر خارجية، ولا يمكن للهواء أن يسحب الطاقة إلا من احتياطياته الخاصة للقيام بالعمل. .
8.4 التغير في الطاقة الداخلية: انتقال الحرارة
نقل الحرارة هو عملية نقل الطاقة الداخلية من جسم أكثر سخونة إلى جسم أكثر برودة، ولا يرتبط بأداء العمل الميكانيكي. يمكن أن يحدث انتقال الحرارة إما من خلال الاتصال المباشر بالأجسام، أو من خلال وسط وسيط (وحتى من خلال الفراغ). ويسمى نقل الحرارة أيضًا نقل الحرارة.
9 تسمى العملية التي تتم في وعاء معزول حرارياً بالقدر الأدياباتي. سوف ندرس العملية الأديباتية من خلال النظر في القانون الأول للديناميكا الحرارية.
هناك ثلاثة أنواع من انتقال الحرارة: التوصيل والحمل الحراري والإشعاع الحراري. الآن سوف ننظر إليهم بمزيد من التفصيل.
8.5 توصيل حراري
إذا وضعت أحد طرفي قضيب حديدي في النار، فكما نعلم، لن تمسكه في يدك لفترة طويلة. بمجرد وصولها إلى منطقة ذات درجة حرارة عالية، تبدأ ذرات الحديد في الاهتزاز بشكل أكثر كثافة (أي أنها تكتسب طاقة حركية إضافية) وتسبب تأثيرات أقوى على جيرانها.
وتزداد أيضًا الطاقة الحركية للذرات المجاورة، والآن تنقل هذه الذرات طاقة حركية إضافية إلى جيرانها. لذلك، من قسم إلى قسم، تنتشر الحرارة تدريجيًا على طول القضيب من النهاية الموضوعة في النار إلى أيدينا. هذه هي الموصلية الحرارية (الشكل 18)10.
أرز. 18. التوصيل الحراري
التوصيل الحراري هو نقل الطاقة الداخلية من المناطق الأكثر حرارة في الجسم إلى المناطق الأقل حرارة بسبب الحركة الحرارية وتفاعل جزيئات الجسم.
الموصلية الحرارية للمواد المختلفة مختلفة. تتمتع المعادن بموصلية حرارية عالية: أفضل الموصلات الحرارية هي الفضة والنحاس والذهب. الموصلية الحرارية للسوائل أقل بكثير. تقوم الغازات بتوصيل الحرارة بشكل سيء للغاية لدرجة أنها تعتبر عوازل حرارية: تتفاعل جزيئات الغاز بشكل ضعيف مع بعضها البعض بسبب المسافات الكبيرة بينها. ولهذا السبب، على سبيل المثال، تحتوي النوافذ على إطارات مزدوجة: طبقة من الهواء تمنع الحرارة من الهروب).
لذلك، فإن الأجسام المسامية مثل الطوب أو الصوف أو الفراء تكون موصلة للحرارة بشكل سيئ. تحتوي على الهواء في مسامها. ليس من قبيل الصدفة أن تعتبر المنازل المبنية من الطوب هي الأكثر دفئًا، وفي الطقس البارد يرتدي الناس معاطف وسترات من الفرو بطبقة من الزغب أو الحشو الاصطناعي.
ولكن إذا كان الهواء ينقل الحرارة بشكل سيء للغاية، فلماذا ترتفع درجة حرارة الغرفة من المبرد؟ يحدث هذا بسبب نوع آخر من نقل الحرارة، الحمل الحراري.
8.6 الحمل الحراري
الحمل الحراري هو نقل الطاقة الداخلية في السوائل أو الغازات نتيجة لتداول التدفقات وخلط المادة.
يسخن الهواء القريب من البطارية ويتوسع. تظل قوة الجاذبية المؤثرة على هذا الهواء كما هي، لكن قوة الطفو من الهواء المحيط تزداد، بحيث يبدأ الهواء الساخن بالطفو إلى السقف. في مكانها يأتي البرد
10 صورة من الموقع educationelectronicsusa.com.
air11، والذي يتكرر معه نفس الشيء.
ونتيجة لذلك، يتم إنشاء دوران الهواء، وهو بمثابة مثال على الحمل الحراري، ويتم توزيع الحرارة في الغرفة عن طريق تيارات الهواء.
ويمكن ملاحظة عملية مماثلة تمامًا في السوائل. عند وضع غلاية أو وعاء من الماء على الموقد، يتم تسخين الماء في المقام الأول بسبب الحمل الحراري (مساهمة التوصيل الحراري للمياه ضئيلة للغاية).
تظهر تيارات الحمل الحراري في الهواء والسائل12 في الشكل 19.
أرز. 19. الحمل الحراري
في المواد الصلبة، لا يوجد حمل حراري: قوى التفاعل بين الجزيئات كبيرة، وتتأرجح الجزيئات بالقرب من نقاط مكانية ثابتة (العقد البلورية)، ولا يمكن أن تتشكل أي تدفقات للمادة في مثل هذه الظروف.
لتدوير تيارات الحمل الحراري عند تسخين الغرفة، من الضروري أن يكون للهواء الساخن مكان يطفو فيه. إذا تم تثبيت المبرد تحت السقف، فلن يحدث أي دوران؛ سيبقى الهواء الدافئ تحت السقف. ولهذا السبب يتم وضع أجهزة التدفئة في أسفل الغرفة. لنفس السبب، يتم وضع الغلاية على النار، ونتيجة لذلك ترتفع طبقات الماء الساخنة، وتفسح المجال للبرودة.
على العكس من ذلك، يجب وضع مكيف الهواء على أعلى مستوى ممكن: ثم سيبدأ الهواء البارد في النزول، وسيحل محله الهواء الأكثر دفئًا. سوف تسير الدورة الدموية في الاتجاه المعاكس مقارنة بحركة التدفقات عند تسخين الغرفة.
8.7 الإشعاع الحراري
كيف تستقبل الأرض الطاقة من الشمس؟ يتم استبعاد التوصيل الحراري والحمل الحراري: يفصل بيننا 150 مليون كيلومتر من الفضاء الخالي من الهواء.
النوع الثالث من نقل الحرارة في العمل هنا هو الإشعاع الحراري. يمكن للإشعاع أن ينتشر في المادة وفي الفراغ. كيف تنشأ؟
اتضح أن المجالات الكهربائية والمغناطيسية ترتبط ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض ولها خاصية واحدة رائعة. إذا تغير المجال الكهربائي بمرور الوقت، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا، والذي يتغير أيضًا بمرور الوقت. بدوره، يولد المجال المغناطيسي المتناوب مجالًا كهربائيًا متناوبًا، والذي يولد مرة أخرى مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا، والذي يولد مرة أخرى مجالًا كهربائيًا متناوبًا. . .
11 نفس العملية، ولكن على نطاق أوسع بكثير، تحدث باستمرار في الطبيعة: هذه هي الطريقة التي تنشأ بها الرياح.
12 صورة من موقعphysics.arizona.edu.
13 سيتم مناقشة هذا بمزيد من التفصيل في الديناميكا الكهربائية، في موضوع الحث الكهرومغناطيسي.
ونتيجة لتطور هذه العملية، تنتشر موجة كهرومغناطيسية في الفضاء، مع ربط المجالات الكهربائية والمغناطيسية ببعضها البعض. مثل الصوت، تتمتع الموجات الكهرومغناطيسية بسرعة انتشار وتردد؛ وهو في هذه الحالة التردد الذي يتقلب به حجم واتجاه المجالات في الموجة. الضوء المرئي هو حالة خاصة من الموجات الكهرومغناطيسية.
سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ هائلة: 300 ألف كيلومتر في الثانية. لذلك، ينتقل الضوء من الأرض إلى القمر في ما يزيد قليلاً عن ثانية واحدة.
نطاق تردد الموجات الكهرومغناطيسية واسع جدًا. سنتحدث أكثر عن حجم الموجات الكهرومغناطيسية في النشرة المقابلة. وهنا نلاحظ فقط أن الضوء المرئي هو نطاق صغير من هذا المقياس. وتحته تقع ترددات الأشعة تحت الحمراء، فوق تردد الأشعة فوق البنفسجية.
تذكر الآن أن الذرات، على الرغم من كونها محايدة كهربائيًا بشكل عام، إلا أنها تحتوي على بروتونات موجبة الشحنة وإلكترونات سالبة الشحنة. هذه الجسيمات المشحونة، التي تؤدي حركة فوضوية مع الذرات، تخلق مجالات كهربائية متناوبة وبالتالي تنبعث منها موجات كهرومغناطيسية. وتسمى هذه الموجات بالإشعاع الحراري للتذكير بأن مصدرها هو الحركة الحرارية لجزيئات المادة.
أي جسم هو مصدر للإشعاع الحراري. في هذه الحالة، يحمل الإشعاع جزءًا من طاقته الداخلية. بعد أن تقابل ذرات جسم آخر، يقوم الإشعاع بتسريعها بمجالها الكهربائي المتذبذب، وتزداد الطاقة الداخلية لهذا الجسم. هكذا نستمتع بأشعة الشمس.
في درجات الحرارة العادية، تقع ترددات الإشعاع الحراري في نطاق الأشعة تحت الحمراء، لذلك لا تراه العين (لا نرى كيف "نتوهج"). عندما يسخن الجسم، تبدأ ذراته في إصدار موجات ذات ترددات أعلى. يمكن تسخين مسمار حديدي إلى درجة حرارة حمراء لدرجة أن إشعاعه الحراري يصل إلى الجزء السفلي (الأحمر) من النطاق المرئي. وتظهر لنا الشمس باللون الأصفر والأبيض: درجة الحرارة على سطح الشمس مرتفعة جدًا (6000 درجة مئوية) بحيث يحتوي طيفها الإشعاعي على جميع ترددات الضوء المرئي، وحتى الأشعة فوق البنفسجية، التي بفضلها نكتسب السمرة.
دعونا نلقي نظرة أخرى على الأنواع الثلاثة لانتقال الحرارة (الشكل 20)14.
أرز. 20. ثلاثة أنواع من انتقال الحرارة: التوصيل الحراري، الحمل الحراري، الإشعاع
14 صورة من beodom.com.
يمكن تغيير الطاقة الداخلية بطريقتين.
إذا بذل شغل على جسم فإن طاقته الداخلية تزداد.
إذا قام الجسم بنفسه بهذا العمل، فإن طاقته الداخلية تنخفض.
هناك ثلاثة أنواع بسيطة (أولية) لانتقال الحرارة:
توصيل حراري
الحمل الحراري
الحمل الحراري هو ظاهرة انتقال الحرارة في السوائل أو الغازات، أو الوسائط الحبيبية عن طريق تدفقات المادة. هناك ما يسمى الحمل الحراري الطبيعي، الذي يحدث تلقائيًا في المادة عندما يتم تسخينها بشكل غير متساو في مجال الجاذبية. مع هذا الحمل الحراري، تسخن الطبقات السفلية من المادة، وتصبح أخف وزنا وتطفو، والطبقات العليا، على العكس من ذلك، تبرد، وتصبح أثقل وتغرق، وبعد ذلك تتكرر العملية مرارا وتكرارا.
الإشعاع الحراري أو الإشعاع هو نقل الطاقة من جسم إلى آخر على شكل موجات كهرومغناطيسية بسبب طاقتها الحرارية.
الطاقة الداخلية للغاز المثالي
بناءً على تعريف الغاز المثالي، فهو لا يحتوي على مكون محتمل للطاقة الداخلية (لا توجد قوى تفاعل جزيئية، باستثناء الصدمة). وبالتالي، فإن الطاقة الداخلية للغاز المثالي لا تمثل سوى الطاقة الحركية لحركة جزيئاته. سابقًا (المعادلة 2.10) تبين أن الطاقة الحركية للحركة الانتقالية لجزيئات الغاز تتناسب طرديًا مع درجة حرارتها المطلقة.
باستخدام التعبير عن ثابت الغاز العالمي (4.6)، يمكننا تحديد قيمة الثابت α.
وبالتالي، فإن الطاقة الحركية للحركة الانتقالية لجزيء واحد من الغاز المثالي سيتم تحديدها بالتعبير.
وفقا للنظرية الحركية، فإن توزيع الطاقة عبر درجات الحرية يكون منتظما. الحركة الترجمية لها 3 درجات من الحرية. وبالتالي، فإن درجة واحدة من حرية حركة جزيء الغاز سوف تمثل ثلث طاقته الحركية. 
بالنسبة لجزيئات الغاز الثنائية والثلاثية ومتعددة الذرات، بالإضافة إلى درجات حرية الحركة الانتقالية، هناك درجات حرية الحركة الدورانية للجزيء. بالنسبة لجزيئات الغاز ثنائية الذرة، فإن عدد درجات حرية الحركة الدورانية هو 2، ولثلاثة جزيئات ومتعددة الذرات - 3.
بما أن توزيع طاقة حركة الجزيء على جميع درجات الحرية موحد، وعدد الجزيئات في كيلومتر واحد من الغاز يساوي Nμ، فيمكن الحصول على الطاقة الداخلية لكيلومول واحد من الغاز المثالي عن طريق ضرب التعبير (4.11) بعدد الجزيئات في الكيلومول الواحد وعدد درجات حرية الحركة لجزيء من غاز معين.
حيث Uμ هي الطاقة الداخلية للكيلومول من الغاز بوحدة J/kmol، i هو عدد درجات حرية حركة جزيء الغاز.
لـ 1 - الغاز الذري i = 3، لـ 2 - الغاز الذري i = 5، لـ 3 - الغازات الذرية ومتعددة الذرات i = 6.
كهرباء. شروط وجود التيار الكهربائي. المجالات الكهرومغناطيسية. قانون أوم للدائرة الكاملة. العمل والطاقة الحالية. قانون جول لينز.
ومن الشروط اللازمة لوجود تيار كهربائي هناك: وجود شحنات كهربائية حرة في الوسط ونشوء مجال كهربائي في الوسط. يعد المجال الكهربائي في الوسط ضروريًا لإنشاء حركة اتجاهية للشحنات الحرة. وكما هو معروف، فإن الشحنة q في مجال كهربائي شدته E تتأثر بقوة F = qE، مما يؤدي إلى تحرك الشحنات الحرة في اتجاه المجال الكهربائي. علامة وجود مجال كهربائي في الموصل هي وجود فرق جهد غير الصفر بين أي نقطتين من الموصل.
ومع ذلك، لا تستطيع القوى الكهربائية الحفاظ على تيار كهربائي لفترة طويلة. تؤدي الحركة الموجهة للشحنات الكهربائية بعد فترة من الزمن إلى تعادل الجهود عند طرفي الموصل وبالتالي إلى اختفاء المجال الكهربائي فيه. للحفاظ على التيار في الدائرة الكهربائية، يجب أن تخضع الشحنات لقوى ذات طبيعة غير كهربائية (قوى خارجية) بالإضافة إلى قوى كولوم. يُطلق على الجهاز الذي يولد قوى خارجية ويحافظ على فرق الجهد في الدائرة ويحول أنواعًا مختلفة من الطاقة إلى طاقة كهربائية اسم المصدر الحالي.
شروط وجود التيار الكهربائي:
وجود شركات الشحن المجانية
· وجود فرق الجهد. هذه هي شروط حدوث التيار. لكي يوجد التيار
· دائرة مغلقة
· مصدر للقوى الخارجية التي تحافظ على فرق الجهد.
تسمى أي قوى تؤثر على الجسيمات المشحونة كهربائيًا، باستثناء القوى الكهروستاتيكية (كولوم)، بالقوى الخارجية.
القوة الدافعة الكهربائية.
القوة الدافعة الكهربائية (EMF) هي كمية فيزيائية عددية تميز عمل القوى الخارجية (غير المحتملة) في مصادر التيار المباشر أو المتناوب. في دائرة موصلة مغلقة، فإن المجال الكهرومغناطيسي يساوي عمل هذه القوى لتحريك شحنة موجبة واحدة على طول الدائرة.
وحدة EMF، مثل الجهد، هي فولت. يمكننا أن نتحدث عن القوة الدافعة الكهربية عند أي جزء من الدائرة. القوة الدافعة الكهربية للخلية الجلفانية تساوي عدديًا عمل القوى الخارجية عند تحريك شحنة موجبة واحدة داخل العنصر من قطبه السالب إلى قطبه الموجب. يتم تحديد علامة EMF اعتمادًا على الاتجاه المختار بشكل تعسفي لتجاوز قسم الدائرة حيث يتم تشغيل المصدر الحالي.
قانون أوم للدائرة الكاملة.
لنفكر في أبسط دائرة كاملة تتكون من مصدر تيار ومقاوم بمقاومة R. المصدر الحالي الذي يحتوي على emf ε له مقاومة r، وتسمى المقاومة الداخلية للمصدر الحالي. للحصول على قانون أوم لدائرة كاملة، نستخدم قانون حفظ الطاقة.
دع الشحنة q تمر عبر المقطع العرضي للموصل خلال فترة زمنية Δt. إذن، وفقًا للصيغة، فإن الشغل الذي تبذله القوى الخارجية عند تحريك شحنة q يساوي . من تعريف القوة الحالية لدينا: q = IΔt. لذلك، .
بسبب عمل قوى خارجية، فعند مرور تيار في الدائرة، تنطلق كمية من الحرارة على قسميها الخارجي والداخلي من الدائرة، حسب قانون جول لينز متساوي:
وفقا لقانون الحفاظ على الطاقة، A st = Q، وبالتالي، فإن القوة الدافعة الكهربية للمصدر الحالي تساوي مجموع انخفاضات الجهد في الأقسام الخارجية والداخلية للدائرة.
أي جسم مجهري لديه طاقة، تحددها الحالة الدقيقة. هذا طاقةمُسَمًّى داخلي(يعني ش). وهي تساوي طاقة حركة وتفاعل الجزيئات الدقيقة التي يتكون منها الجسم. لذا، الطاقة الداخلية غاز مثالييتكون من الطاقة الحركية لجميع جزيئاته، حيث يمكن إهمال تفاعلها في هذه الحالة. ولذلك الطاقة الداخليةيعتمد فقط على درجة حرارة الغاز ( ش~ت).
يفترض نموذج الغاز المثالي أن الجزيئات تقع على مسافة عدة أقطار من بعضها البعض. ولذلك فإن طاقة تفاعلها أقل بكثير من طاقة الحركة ويمكن تجاهلها.
في الغازات الحقيقية والسوائل والمواد الصلبة، لا يمكن إهمال تفاعل الجسيمات الدقيقة (الذرات والجزيئات والأيونات وما إلى ذلك)، لأنه يؤثر بشكل كبير على خصائصها. لذلك هم الطاقة الداخليةيتكون من الطاقة الحركية للحركة الحرارية للجسيمات الدقيقة والطاقة الكامنة لتفاعلها. طاقتهم الداخلية، باستثناء درجة الحرارة تي،سيعتمد أيضًا على الحجم الخامس،لأن التغير في الحجم يؤثر على المسافة بين الذرات والجزيئات، وبالتالي على الطاقة الكامنة لتفاعلها مع بعضها البعض.
الطاقة الداخلية هي وظيفة حالة الجسم، والتي يتم تحديدها من خلال درجة حرارتهتوالمجلد الخامس.
الطاقة الداخلية يتم تحديده بشكل فريد من خلال درجة الحرارةT وحجم الجسم V، الذي يميز حالته:ش =ش(تلفزيون)
ل تغيير الطاقة الداخليةالجسم، فأنت في الواقع تحتاج إلى تغيير إما الطاقة الحركية للحركة الحرارية للجسيمات الدقيقة، أو الطاقة الكامنة لتفاعلها (أو كليهما معًا). كما تعلمون، يمكن القيام بذلك بطريقتين - عن طريق التبادل الحراري أو عن طريق أداء العمل. في الحالة الأولى، يحدث هذا بسبب نقل كمية معينة من الحرارة س؛في الثانية - بسبب أداء العمل أ.
هكذا، كمية الحرارة والشغل المبذول مقياس التغير في الطاقة الداخلية للجسم:
Δ ش =س+أ.
يحدث التغير في الطاقة الداخلية نتيجة لكمية معينة من الحرارة التي يتلقاها الجسم أو يتلقاها أو بسبب أداء العمل.
إذا حدث التبادل الحراري فقط، فإن التغيير الطاقة الداخليةيحدث عن طريق تلقي أو إطلاق كمية معينة من الحرارة: Δ ش =س.عند تسخين الجسم أو تبريده فإنه يساوي:
Δ ش =س = سم(ت2 - ت1) =سمΔT.
أثناء ذوبان أو تبلور المواد الصلبة الطاقة الداخليةالتغييرات بسبب التغيرات في الطاقة الكامنة لتفاعل الجسيمات الدقيقة، وذلك بسبب حدوث تغييرات هيكلية في بنية المادة. وفي هذه الحالة فإن التغير في الطاقة الداخلية يساوي حرارة ذوبان (تبلور) الجسم: Δ ش—كيو بي إل =λ م،أين λ — الحرارة النوعية للانصهار (التبلور) للمادة الصلبة.
كما أن تبخر السوائل أو تكثيف البخار يسبب تغيرات الطاقة الداخليةوالتي تساوي حرارة التبخر: Δ ش =س ع =آر إم,أين ص- حرارة التبخر النوعية (تكثيف) السائل.
يتغير الطاقة الداخليةالجسم بسبب أداء العمل الميكانيكي (بدون التبادل الحراري) يساوي عدديًا قيمة هذا العمل: Δ ش =أ.
إذا حدث التغير في الطاقة الداخلية بسبب التبادل الحراري، إذنΔ ش =س=سم(ت 2 -ت 1)،أوΔ ش = س ر = λ م،أوΔ ش =سن =جمهورية مقدونيا.
ولذلك فمن وجهة نظر الفيزياء الجزيئية: المواد من الموقع
طاقة الجسم الداخلية هو مجموع الطاقة الحركية للحركة الحرارية للذرات أو الجزيئات أو الجزيئات الأخرى التي تتكون منها، والطاقة الكامنة للتفاعل فيما بينها؛ من وجهة نظر الديناميكا الحرارية، فهي وظيفة لحالة الجسم (نظام الأجسام)، والتي يتم تحديدها بشكل فريد من خلال معلماتها الكلية - درجة الحرارةتوالمجلد الخامس.
هكذا، الطاقة الداخليةهي طاقة النظام التي تعتمد على حالته الداخلية. وهي تتألف من طاقة الحركة الحرارية لجميع الجسيمات الدقيقة للنظام (الجزيئات والذرات والأيونات والإلكترونات وغيرها) وطاقة تفاعلها. يكاد يكون من المستحيل تحديد القيمة الكاملة للطاقة الداخلية، لذلك يتم حساب التغير في الطاقة الداخلية Δ ش،والذي يحدث بسبب نقل الحرارة وأداء العمل.
الطاقة الداخلية للجسم تساوي مجموع الطاقة الحركية للحركة الحرارية والطاقة الكامنة لتفاعل الجزيئات الدقيقة المكونة لها.
يوجد في هذه الصفحة مواد حول المواضيع التالية:
هل من الممكن تحديد الطاقة الداخلية للجسم بشكل لا لبس فيه؟
الجسم لديه طاقة
تقرير فيزياء عن الطاقة الداخلية
ما هي المعلمات الكبيرة التي تعتمد عليها الطاقة الداخلية للغاز المثالي؟
-