أمثلة على انخفاض الطاقة الداخلية. طاقة الجسم الداخلية

كيفية تغيير الطاقة الميكانيكية للجسم؟ نعم، بسيط جدا. تغيير موقعه أو تسريعه. على سبيل المثال، ركل كرة أو ارفعها إلى أعلى من الأرض.

في الحالة الأولى، سنغير طاقة حركته، وفي الحالة الثانية، طاقة الوضع. ماذا عن الطاقة الداخلية؟ كيف تغير الطاقة الداخلية للجسم؟ أولا، دعونا معرفة ما هو عليه. الطاقة الداخلية هي الطاقة الحركية والمحتملة للجزيئات - وهي طاقة حركتها. وسرعة حركتهم، كما هو معروف، تعتمد على درجة الحرارة. أي أن الاستنتاج المنطقي هو أنه بزيادة درجة حرارة الجسم سنزيد من طاقته الداخلية. أسهل طريقة لزيادة درجة حرارة الجسم هي من خلال التبادل الحراري. عندما تتلامس أجسام ذات درجات حرارة مختلفة، فإن الجسم البارد يسخن على حساب الجسم الأكثر دفئا. في هذه الحالة، يبرد الجسم الأكثر دفئًا.

مثال يومي بسيط: تسخن ملعقة باردة في كوب من الشاي الساخن بسرعة كبيرة، بينما يبرد الشاي قليلاً. من الممكن زيادة درجة حرارة الجسم بطرق أخرى. ماذا نفعل جميعًا عندما تبرد وجوهنا أو أيدينا في الخارج؟ نحن ثلاثة منهم. عندما تحتك الأشياء، فإنها تسخن. كما أن الكائنات تسخن عند تعرضها للصدمات والضغط، أي عند التفاعل. يعلم الجميع كيف تم إشعال النار في العصور القديمة - إما عن طريق فرك قطع الخشب ببعضها البعض، أو عن طريق ضرب الصوان بحجر آخر. وفي عصرنا أيضًا، تستخدم ولاعات السيليكون احتكاك قضيب معدني مع الصوان.

حتى الآن كنا نتحدث عن تغيير الطاقة الداخلية عن طريق تغيير الطاقة الحركية للجزيئات المكونة لها. ماذا عن الطاقة الكامنة لهذه الجسيمات نفسها؟ وكما هو معروف فإن الطاقة الكامنة للجسيمات هي طاقة مواقعها النسبية. وبالتالي، لتغيير الطاقة المحتملة لجزيئات الجسم، نحتاج إلى تشويه الجسم: الضغط، واللف، وما إلى ذلك، أي تغيير موقع الجزيئات بالنسبة لبعضها البعض. يتم تحقيق ذلك من خلال التأثير على الجسم. نحن نغير سرعة الأجزاء الفردية من الجسم، أي أننا نقوم بالعمل عليها.

وهكذا فإن جميع حالات التأثير على الجسم من أجل تغيير طاقته الداخلية تتحقق بطريقتين. إما بنقل الحرارة إليه أي نقل الحرارة، وإما بتغيير سرعة جزيئاته أي بذل شغل على الجسم.

أمثلة على التغيرات في الطاقة الداخلية- هذه هي جميع العمليات التي تحدث في العالم تقريبًا. لا تتغير الطاقة الداخلية للجزيئات في حالة عدم حدوث أي شيء على الإطلاق للجسم، وهو أمر نادر للغاية، كما ترى - قانون الحفاظ على الطاقة ساري المفعول. هناك شيء ما يحدث حولنا طوال الوقت. حتى مع الأشياء التي لا يحدث أي شيء للوهلة الأولى، في الواقع تحدث تغييرات مختلفة غير محسوسة بالنسبة لنا: تغيرات طفيفة في درجة الحرارة، وتشوهات طفيفة، وما إلى ذلك. ينحني الكرسي تحت ثقلنا، وتتغير درجة حرارة الكتاب على الرف قليلاً مع كل حركة هواء، ناهيك عن المسودات. حسنًا، أما بالنسبة للأجسام الحية، فمن الواضح بدون كلمات أن شيئًا ما يحدث بداخلها طوال الوقت، وتتغير الطاقة الداخلية في كل لحظة تقريبًا.

المقالة أدناه ستتحدث عن الطاقة الداخلية وكيفية تغييرها. هنا سوف نتعرف على التعريف العام لـ VE ومعناه 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 الكتلة المركزية لجسم/جسم ذي أبعاد عيانية هي 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 حالات 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 تم تبريد 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 تغير 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، وقد تم إنتاجه 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 ونقل 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.