Indre kropsenergi kan ikke være en konstant værdi. Det kan ændre sig i enhver krop. Hvis du øger kropstemperaturen, så vil dens indre energi stige, pga den gennemsnitlige hastighed af molekylær bevægelse vil stige. Således øges den kinetiske energi af kroppens molekyler. Og omvendt, når temperaturen falder, falder kroppens indre energi.
Vi kan konkludere: En krops indre energi ændres, hvis molekylernes bevægelseshastighed ændres. Lad os prøve at bestemme, hvilken metode der kan bruges til at øge eller mindske bevægelseshastigheden af molekyler. Overvej følgende eksperiment. Lad os fastgøre et messingrør med tynde vægge til stativet. Fyld røret med æter og luk det med en prop. Så binder vi et reb rundt om det og begynder at bevæge rebet intensivt i forskellige retninger. Efter en vis tid vil æteren koge, og dampens kraft vil skubbe stikket ud. Erfaring viser, at den indre energi i stoffet (etheren) er steget: det har trods alt ændret sin temperatur, samtidig med at det koger.
Stigningen i indre energi opstod på grund af det arbejde, der blev udført, når røret blev gnidet med et reb.
Som vi ved, kan opvarmning af legemer også forekomme under stød, fleksion eller ekstension, eller mere enkelt under deformation. I alle de angivne eksempler øges kroppens indre energi.
Således kan den indre energi i kroppen øges ved at udføre arbejde på kroppen.
Hvis arbejdet udføres af kroppen selv, falder dens indre energi.
Lad os overveje et andet eksperiment.
Vi pumper luft ind i en glasbeholder, der har tykke vægge og lukkes med en prop gennem et specielt lavet hul i den.
Efter nogen tid vil proppen flyve ud af fartøjet. I det øjeblik, hvor proppen flyver ud af fartøjet, vil vi kunne se dannelsen af tåge. Følgelig betyder dets dannelse, at luften i karret er blevet kold. Den komprimerede luft, der er i karret, udfører et vist arbejde, når proppen skubbes ud. Han udfører dette arbejde på grund af sin indre energi, som er reduceret. Konklusioner om faldet i indre energi kan drages baseret på afkølingen af luften i fartøjet. Dermed, Den indre energi i en krop kan ændres ved at udføre bestemt arbejde.
Den indre energi kan dog ændres på en anden måde uden at arbejde. Lad os overveje et eksempel: vand i en kedel, der står på komfuret, koger. Luften, såvel som andre genstande i rummet, opvarmes af en central radiator. I sådanne tilfælde stiger den indre energi, pga kropstemperaturen stiger. Men arbejdet er ikke gjort. Så konkluderer vi en ændring i intern energi kan ikke forekomme på grund af udførelse af specifikt arbejde.
Lad os se på et andet eksempel.
Placer en metal strikkepind i et glas vand. Den kinetiske energi af varmtvandsmolekyler er større end den kinetiske energi af kolde metalpartikler. Varmtvandsmolekylerne vil overføre noget af deres kinetiske energi til de kolde metalpartikler. Vandmolekylernes energi vil således falde på en bestemt måde, mens metalpartiklernes energi vil stige. Vandtemperaturen vil falde, og temperaturen på strikkepinden vil langsomt 
vil stige. I fremtiden vil forskellen mellem temperaturen på strikkepinden og vandet forsvinde. På grund af denne oplevelse så vi en ændring i den indre energi i forskellige kroppe. Vi konkluderer: Den indre energi i forskellige kroppe ændres på grund af varmeoverførsel.
Processen med at omdanne indre energi uden at udføre specifikt arbejde på kroppen eller selve kroppen kaldes varmeoverførsel.
Har du stadig spørgsmål? Ved du ikke, hvordan du laver dine lektier?
For at få hjælp fra en vejleder -.
Den første lektion er gratis!
blog.site, ved kopiering af materiale helt eller delvist kræves et link til den originale kilde.
Artiklen nedenfor vil tale om intern energi og hvordan man ændrer den. Her vil vi stifte bekendtskab med den generelle definition af VE, med dens betydning og to typer tilstandsændringer af den energi, som en fysisk krop eller genstand besidder. Især vil fænomenet varmeoverførsel og arbejde blive overvejet.
Introduktion
Intern energi er den del af ressourcen i et termodynamisk system, der ikke er afhængig af et specifikt referencesystem. Det kan ændre sin betydning inden for det problem, der undersøges.
Egenskaber af samme værdi i referencerammen, i forhold til hvilke den centrale masse af et legeme/objekt af makroskopiske dimensioner er en hviletilstand, har samme totale og indre energier. De matcher altid hinanden. Sættet af dele, der udgør den samlede energi, der indgår i den indre energi, er ikke konstant og afhænger af betingelserne for det problem, der skal løses. VE er med andre ord ikke en bestemt type energiressource. Det repræsenterer helheden af en række samlede energisystemkomponenter, der varierer for at passe til specifikke situationer. Metoder til at ændre intern energi er baseret på to grundlæggende principper: varmeoverførsel og arbejde.
VE er et specifikt koncept for systemer af termodynamisk karakter. Det giver fysikere mulighed for at introducere forskellige mængder, såsom temperatur og entropi, dimensionen af kemisk potentiale og massen af stoffer, der danner et system.
Færdiggørelse af arbejdet
Der er to måder at ændre kroppens indre energi på. Den første er dannet gennem processen med at udføre direkte arbejde på et objekt. Det andet er fænomenet varmeoverførsel.
I tilfælde, hvor arbejdet udføres af kroppen selv, vil dens indre energiindikator falde. Når processen er afsluttet af nogen eller noget på kroppen, så vil dens VE-værdi stige. I dette tilfælde er der en transformation af den mekaniske energiressource til den indre type energi, som objektet besidder. Alt kan også flyde den anden vej rundt: mekanisk til internt.
Varmeoverførsel øger værdien af HE. Men hvis kroppen køler ned, så vil energien falde. Med konstant vedligeholdelse af varmeoverførsel vil indikatoren stige. Kompression af gasser tjener som et eksempel på en stigning i VE-indekset, og deres udvidelse (af gasser) er en konsekvens af et fald i værdien af intern energi.
Varmeoverførselsfænomen
Ændringen i intern energi ved varmeoverførsel repræsenterer en stigning/reduktion i energipotentiale. Kroppen besidder det uden at udføre visse (især mekaniske) arbejde. Den overførte mængde energi kaldes varme (Q, J), og selve processen er underlagt den generelle ZSE. Ændringer i VE afspejles altid af en stigning eller et fald i kropstemperaturen.
Begge metoder til at ændre intern energi (arbejde og varmeoverførsel) kan udføres i forhold til et objekt på en samtidig måde, dvs. de kan kombineres.
VE kan ændres, for eksempel ved at skabe friktion. Her overvåges udførelsen af mekanisk arbejde (friktion) og fænomenet varmeveksling tydeligt. Vores forfædre forsøgte at lave ild på lignende måde. De skabte friktion mellem træet, hvis antændelsestemperatur svarer til 250 ° C.
En ændring i en krops indre energi gennem arbejde eller varmeoverførsel kan forekomme i samme tidsrum, det vil sige, at disse to typer midler kan arbejde sammen. Men simpel friktion i et bestemt tilfælde vil ikke være nok. For at gøre dette skulle den ene gren slibes. I øjeblikket kan en person få en brand ved at gnide tændstikker, hvis hoveder er belagt med et brændbart stof, der antændes ved 60-100 ° C. De første sådanne produkter begyndte at blive skabt i 30'erne af det 19. århundrede. Disse var fosfor tændstikker. De er i stand til at antænde ved en relativt lav temperatur - 60 ° C. I øjeblikket i brug, som blev sat i produktion i 1855.
Energiafhængighed
Når vi taler om måder at ændre intern energi på, vil det også være vigtigt at nævne denne indikators afhængighed af temperaturen. Faktum er, at mængden af denne energiressource bestemmes af den gennemsnitlige mængde kinetisk energi koncentreret i et molekyle i kroppen, som igen afhænger direkte af temperaturen. Det er af denne grund, at en ændring i temperatur altid fører til en ændring i VE. Heraf følger også, at opvarmning fører til en forøgelse af energien, og afkøling får den til at falde.
Temperatur og varmeoverførsel
Metoder til at ændre en krops indre energi er opdelt i: varmeoverførsel og mekanisk arbejde. Det vil dog være vigtigt at vide, at mængden af varme og temperatur ikke er det samme. Disse begreber må ikke forveksles. Temperaturværdier er defineret i grader, og mængden af overført eller overført varme er defineret i joule (J).
Kontakt mellem to legemer, hvoraf den ene vil være varmere, fører altid til, at den ene (varmere) taber varme og den anden (koldere) optager den.
Det er vigtigt at bemærke, at begge metoder til at ændre kroppens VE altid fører til de samme resultater. Det er umuligt at bestemme nøjagtigt, hvordan dens ændring blev opnået baseret på kroppens endelige tilstand.
Partikler af enhver krop, atomer eller molekyler, gennemgår kaotisk, kontinuerlig bevægelse (den såkaldte termiske bevægelse). Derfor har hver partikel en vis kinetisk energi.
Derudover interagerer stofpartikler med hinanden gennem kræfter af elektrisk tiltrækning og frastødning, såvel som gennem kernekræfter. Derfor har hele systemet af partikler i en given krop også potentiel energi.
Den kinetiske energi af partiklernes termiske bevægelse og den potentielle energi af deres interaktion danner tilsammen en ny type energi, der ikke er reduceret til kroppens mekaniske energi (dvs. den kinetiske energi af kroppens bevægelse som helhed og den potentielle energi af dets interaktion med andre legemer). Denne type energi kaldes intern energi.
Den indre energi i et legeme er den samlede kinetiske energi af dens partiklers termiske bevægelse plus den potentielle energi af deres interaktion med hinanden.
Den indre energi i et termodynamisk system er summen af de indre energier i de legemer, der indgår i systemet.
Kroppens indre energi er således dannet af følgende udtryk.
1. Kinetisk energi af kontinuerlig kaotisk bevægelse af kropspartikler.
2. Potentiel energi af molekyler (atomer) på grund af kræfterne fra intermolekylær interaktion.
3. Energi af elektroner i atomer.
4. Intranuklear energi.
I I tilfælde af den enkleste model af et ideel gasstof kan der opnås en eksplicit formel for den indre energi.
8.1 Intern energi af en monoatomisk idealgas
Den potentielle energi for interaktion mellem partikler af en ideel gas er nul (husk på, at i den ideelle gasmodel forsømmer vi interaktionen af partikler på afstand). Derfor er den indre energi af en monoatomisk ideel gas reduceret til den samlede kinetiske energi af dens atomers translationelle bevægelse. Denne energi kan findes ved at gange antallet af gasatomer N med den gennemsnitlige kinetiske energi E af et atom:
U=NE=N | kT = NA | |||||
U = 3 2 m RT:
Vi ser, at den indre energi af en ideel gas (hvis masse og kemiske sammensætning er uændret) kun er en funktion af dens temperatur. I en rigtig gas, flydende eller fast stof vil den indre energi også afhænge af volumenet, for når volumenet ændres, ændres partiklernes relative arrangement og som en konsekvens heraf den potentielle energi af deres interaktion.
8 For en polyatomisk gas skal man også tage hensyn til molekylernes rotation og atomernes vibrationer i molekylerne.
8.2 Status funktion
Den vigtigste egenskab ved indre energi er, at den er en funktion af det termodynamiske systems tilstand. Den indre energi er nemlig entydigt bestemt af et sæt makroskopiske parametre, der kendetegner systemet, og afhænger ikke af systemets "forhistorie", dvs. hvilken tilstand systemet var i før, og hvor specifikt det endte i denne tilstand. .
Når et system går over fra en tilstand til en anden, bestemmes ændringen i dets indre energi kun af systemets begyndelses- og sluttilstand og afhænger ikke af overgangsvejen fra starttilstanden til sluttilstanden. Hvis systemet vender tilbage til sin oprindelige tilstand, så er ændringen i dets indre energi nul.
Erfaring viser, at der kun er to måder at ændre en krops indre energi på:
udførelse af mekanisk arbejde;
varmeoverførsel.
Kort sagt kan du kun opvarme en kedel på to grundlæggende forskellige måder: gnide den med noget eller sætte ild til den :-) Lad os overveje disse metoder mere detaljeret.
8.3 Ændring i indre energi: udført arbejde
Hvis der arbejdes på en krop, så øges den indre energi i kroppen.
For eksempel, efter at have slået den med en hammer, opvarmes et søm og bliver lidt deformeret. Men temperatur er et mål for den gennemsnitlige kinetiske energi af partikler i en krop. Opvarmning af et søm indikerer en stigning i dens partiklers kinetiske energi: Faktisk accelereres partiklerne af en hammers slag og af sømmets friktion på brættet.
Deformation er intet andet end forskydning af partikler i forhold til hinanden; Efter et stød oplever et søm kompressionsdeformation, dets partikler kommer tættere på hinanden, de frastødende kræfter mellem dem øges, og dette fører til en stigning i neglepartiklernes potentielle energi.
Så neglens indre energi er steget. Dette var resultatet af arbejde, der blev udført på det; arbejdet blev udført af hammeren og friktionskraften på brættet.
Hvis arbejdet udføres af kroppen selv, så falder kroppens indre energi. Lad for eksempel trykluft i en varmeisoleret beholder under et stempel udvide sig
og løfter en vis byrde og udfører derved arbejde9. Under denne proces vil luften afkøle, dens molekyler rammer efter det bevægelige stempel og giver det en del af deres kinetiske energi. (På samme måde laver en fodboldspiller, der stopper en hurtigt flyvende bold med foden, en bevægelse med foden væk fra bolden og dæmper dens hastighed.) Derfor falder luftens indre energi.
Luften virker således på bekostning af dens indre energi: da fartøjet er termisk isoleret, er der ingen energistrøm til luften fra nogen eksterne kilder, og luften kan kun trække energi til at udføre arbejde fra sine egne reserver .
8.4 Ændring i intern energi: varmeoverførsel
Varmeoverførsel er processen med at overføre intern energi fra en varmere krop til en koldere, ikke forbundet med udførelsen af mekanisk arbejde. Varmeoverførsel kan ske enten gennem direkte kontakt mellem legemer eller gennem et mellemliggende medium (og endda gennem et vakuum). Varmeoverførsel kaldes også varmeoverførsel.
9 Processen i et termisk isoleret kar kaldes adiabatisk. Vi vil studere den adiabatiske proces ved at se på termodynamikkens første lov.
Der er tre typer varmeoverførsel: ledning, konvektion og termisk stråling. Nu vil vi se på dem mere detaljeret.
8.5 Varmeledningsevne
Hvis du sætter den ene ende af en jernstang ind i ilden, så holder du den som bekendt ikke længe i hånden. Når de først er i et område med høj temperatur, begynder jernatomer at vibrere mere intenst (dvs. de får yderligere kinetisk energi) og forårsager stærkere påvirkninger på deres naboer.
Den kinetiske energi af naboatomer stiger også, og nu giver disse atomer yderligere kinetisk energi til deres naboer. Så fra sektion til sektion spredes varmen gradvist langs stangen fra enden placeret i ilden til vores hånd. Dette er termisk ledningsevne (fig. 18)10.
Ris. 18. Termisk ledningsevne
Termisk ledningsevne er overførslen af intern energi fra mere opvarmede områder af kroppen til mindre opvarmede på grund af termisk bevægelse og interaktion mellem kropspartikler.
Den termiske ledningsevne af forskellige stoffer er forskellig. Metaller har høj varmeledningsevne: de bedste varmeledere er sølv, kobber og guld. Den termiske ledningsevne af væsker er meget mindre. Gasser leder varme så dårligt, at de betragtes som varmeisolatorer: gasmolekyler, på grund af de store afstande mellem dem, interagerer svagt med hinanden. Det er derfor, for eksempel vinduer har dobbelte rammer: et luftlag forhindrer varmen i at slippe ud).
Derfor er porøse kroppe som mursten, uld eller pels dårlige varmeledere. De indeholder luft i deres porer. Det er ikke for ingenting, at murstenshuse betragtes som de varmeste, og i koldt vejr bærer folk pelsfrakker og jakker med et lag dun eller syntetisk polstring.
Men hvis luften leder varmen så dårligt, hvorfor varmes rummet så op fra radiatoren? Dette sker på grund af en anden type varmeoverførsel, konvektion.
8.6 Konvektion
Konvektion er overførsel af indre energi i væsker eller gasser som et resultat af cirkulation af strømme og blanding af stof.
Luften nær batteriet opvarmes og udvider sig. Tyngdekraften, der virker på denne luft, forbliver den samme, men opdriftskraften fra den omgivende luft øges, så den opvarmede luft begynder at svæve til loftet. I stedet kommer en kold
10 Billede fra hjemmesiden educationalelectronicsusa.com.
air11, hvormed det samme gentages.
Som et resultat etableres luftcirkulation, som tjener som et eksempel på konvektion, fordelingen af varme i rummet udføres af luftstrømme.
En fuldstændig lignende proces kan observeres i væsker. Når du sætter en kedel eller en gryde med vand på komfuret, opvarmes vandet primært på grund af konvektion (bidraget fra vandets varmeledningsevne er meget ubetydeligt).
Konvektionsstrømme i luft og væske er vist12 i fig. 19.
Ris. 19. Konvektion
I faste stoffer er der ingen konvektion: interaktionskræfterne mellem partikler er store, partiklerne svinger nær faste rumlige punkter (krystalgitterknuder), og der kan ikke dannes stofstrømme under sådanne forhold.
For cirkulation af konvektionsstrømme ved opvarmning af et rum er det nødvendigt, at den opvarmede luft har et sted at flyde. Hvis radiatoren er installeret under loftet, sker der ingen cirkulation, varm luft vil forblive under loftet. Derfor er varmeapparater placeret i bunden af rummet. Af samme grund sættes kedlen i brand, som et resultat af, at de opvarmede lag af vand, der stiger, giver plads til koldere.
Tværtimod skal klimaanlægget placeres så højt som muligt: så begynder den afkølede luft at falde ned, og varmere luft vil tage sin plads. Cirkulationen vil gå i den modsatte retning sammenlignet med strømningens bevægelse ved opvarmning af rummet.
8.7 Termisk stråling
Hvordan modtager Jorden energi fra Solen? Termisk ledning og konvektion er udelukket: Vi er adskilt af 150 millioner kilometer luftfrit rum.
Den tredje type varmeoverførsel på arbejde her er termisk stråling. Stråling kan forplante sig både i stof og i vakuum. Hvordan opstår det?
Det viser sig, at elektriske og magnetiske felter er tæt beslægtede med hinanden og har én bemærkelsesværdig egenskab. Hvis et elektrisk felt ændres med tiden, så genererer det et magnetfelt, som generelt set også ændrer sig med tiden13. Til gengæld genererer et vekslende magnetfelt et vekslende elektrisk felt, som igen genererer et vekslende magnetfelt, som igen genererer et vekslende elektrisk felt. . .
11 Den samme proces, men i en meget større skala, sker konstant i naturen: Sådan opstår vinden.
12 billeder fra physics.arizona.edu.
13 Dette vil blive diskuteret mere detaljeret i elektrodynamik, i emnet om elektromagnetisk induktion.
Som et resultat af udviklingen af denne proces forplanter en elektromagnetisk bølge sig i rummet, med elektriske og magnetiske felter forbundet med hinanden. Ligesom lyd har elektromagnetiske bølger en udbredelseshastighed og en frekvens; i dette tilfælde er dette den frekvens, hvormed størrelsen og retningen af felterne svinger i bølgen. Synligt lys er et særligt tilfælde af elektromagnetiske bølger.
Udbredelseshastigheden af elektromagnetiske bølger i et vakuum er enorm: 300.000 km/s. Så lyset rejser fra Jorden til Månen på lidt over et sekund.
Frekvensområdet for elektromagnetiske bølger er meget bredt. Vi vil tale mere om skalaen af elektromagnetiske bølger i den tilsvarende folder. Her bemærker vi kun, at synligt lys er et lille område af denne skala. Under den ligger frekvenserne af infrarød stråling, over frekvensen af ultraviolet stråling.
Husk nu, at atomer, selvom de generelt er elektrisk neutrale, indeholder positivt ladede protoner og negativt ladede elektroner. Disse ladede partikler, der udfører kaotiske bevægelser sammen med atomer, skaber vekslende elektriske felter og udsender derved elektromagnetiske bølger. Disse bølger kaldes termisk stråling som en påmindelse om, at deres kilde er den termiske bevægelse af stofpartikler.
Kilden til termisk stråling er enhver krop. I dette tilfælde fjerner strålingen en del af sin indre energi. Efter at have mødt et andet legemes atomer accelererer strålingen dem med dets oscillerende elektriske felt, og denne krops indre energi øges. Sådan soler vi os i solens stråler.
Ved normale temperaturer ligger frekvenserne af termisk stråling i det infrarøde område, så øjet opfatter det ikke (vi kan ikke se, hvordan vi "gløder"). Når et legeme opvarmes, begynder dets atomer at udsende bølger med højere frekvenser. En jernsøm kan opvarmes rødglødende til en sådan temperatur, at dens termiske stråling når den nederste (røde) del af det synlige område. Og Solen fremstår gul-hvid for os: Temperaturen på Solens overflade er så høj (6000 C), at dens strålingsspektrum indeholder alle frekvenser af synligt lys, og endda ultraviolet, takket være hvilket vi soler.
Lad os tage et nyt kig på de tre typer varmeoverførsel (fig. 20)14.
Ris. 20. Tre typer varmeoverførsel: termisk ledningsevne, konvektion, stråling
14 billeder fra beodom.com.
Intern energi kan ændres på to måder.
Hvis der arbejdes på en krop, øges dens indre energi.
Hvis kroppen selv udfører arbejdet, falder dens indre energi.
Der er tre simple (elementære) typer varmeoverførsel:
Varmeledningsevne
Konvektion
Konvektion er fænomenet varmeoverførsel i væsker eller gasser eller granulære medier ved stofstrømme. Der er en såkaldt naturlig konvektion, som opstår spontant i et stof, når det opvarmes ujævnt i et gravitationsfelt. Ved en sådan konvektion opvarmes de nederste lag af stoffet, bliver lettere og flyder op, og de øverste lag afkøles tværtimod, bliver tungere og synker ned, hvorefter processen gentages igen og igen.
Termisk stråling eller stråling er overførsel af energi fra et legeme til et andet i form af elektromagnetiske bølger på grund af deres termiske energi.
Intern energi af en ideel gas
Baseret på definitionen af en ideel gas har den ikke en potentiel komponent af intern energi (der er ingen molekylære interaktionskræfter, undtagen stød). Den indre energi af en ideel gas repræsenterer således kun dens molekylers kinetiske bevægelsesenergi. Tidligere (ligning 2.10) blev det vist, at den kinetiske energi af den translationelle bevægelse af gasmolekyler er direkte proportional med dens absolutte temperatur.
Ved hjælp af udtrykket for den universelle gaskonstant (4.6) kan vi bestemme værdien af konstanten α.
Således vil den kinetiske energi af translationel bevægelse af et molekyle af en ideel gas blive bestemt af udtrykket.
I overensstemmelse med kinetisk teori er fordelingen af energi på tværs af frihedsgrader ensartet. Translationel bevægelse har 3 frihedsgrader. En grad af bevægelsesfrihed for et gasmolekyle vil følgelig tegne sig for 1/3 af dets kinetiske energi. 
For to-, tre- og polyatomiske gasmolekyler er der ud over graderne af frihed for translationel bevægelse frihedsgrader for molekylets rotationsbevægelse. For diatomiske gasmolekyler er antallet af frihedsgrader for rotationsbevægelse 2, for tre og polyatomiske molekyler - 3.
Da fordelingen af et molekyles bevægelsesenergi over alle frihedsgrader er ensartet, og antallet af molekyler i et kilomol gas er lig med Nμ, kan den indre energi af et kilomol af en ideel gas opnås ved at multiplicere udtryk (4.11) ved antallet af molekyler i en kilomol og ved antallet af grader af bevægelsesfrihed for et molekyle af en given gas .
hvor Uμ er den indre energi af en kilomol gas i J/kmol, i er antallet af grader af bevægelsesfrihed for et gasmolekyle.
For 1-atomare gasser er i = 3, for 2-atomare gasser i = 5, for 3-atomare og polyatomare gasser i = 6.
Elektricitet. Betingelser for eksistensen af elektrisk strøm. EMF. Ohms lov for et komplet kredsløb. Arbejde og strømstyrke. Joule-Lenz lov.
Blandt de nødvendige betingelser for eksistensen af en elektrisk strøm er der: tilstedeværelsen af frie elektriske ladninger i mediet og skabelsen af et elektrisk felt i mediet. Et elektrisk felt i et medium er nødvendigt for at skabe retningsbestemt bevægelse af frie ladninger. Som bekendt påvirkes en ladning q i et elektrisk felt med intensitet E af en kraft F = qE, som får frie ladninger til at bevæge sig i retning af det elektriske felt. Et tegn på eksistensen af et elektrisk felt i en leder er tilstedeværelsen af en ikke-nul potentialforskel mellem to punkter på lederen.
Elektriske kræfter kan dog ikke opretholde en elektrisk strøm i lang tid. Den rettede bevægelse af elektriske ladninger efter nogen tid fører til udligning af potentialer ved enderne af lederen og følgelig til forsvinden af det elektriske felt i den. For at opretholde strømmen i et elektrisk kredsløb skal ladninger ud over Coulomb-kræfter udsættes for kræfter af ikke-elektrisk karakter (ydre kræfter). En enhed, der skaber eksterne kræfter, opretholder en potentialforskel i et kredsløb og omdanner forskellige typer energi til elektrisk energi, kaldes en strømkilde.
Betingelser for eksistensen af elektrisk strøm:
tilstedeværelse af gratis operatører
· tilstedeværelse af potentialforskel. disse er betingelserne for forekomsten af strøm. for at strømmen eksisterer
· lukket kredsløb
· en kilde til ydre kræfter, der fastholder potentialforskellen.
Eventuelle kræfter, der virker på elektrisk ladede partikler, med undtagelse af elektrostatiske (Coulomb) kræfter, kaldes uvedkommende kræfter.
Elektromotorisk kraft.
Elektromotorisk kraft (EMF) er en skalar fysisk størrelse, der karakteriserer arbejdet af eksterne (ikke-potentielle) kræfter i jævn- eller vekselstrømskilder. I et lukket ledende kredsløb er EMF lig med disse kræfters arbejde for at flytte en enkelt positiv ladning langs kredsløbet.
Enheden for EMF, ligesom spænding, er volt. Vi kan tale om elektromotorisk kraft i enhver del af kredsløbet. Den elektromotoriske kraft af en galvanisk celle er numerisk lig med ydre kræfters arbejde, når en enkelt positiv ladning flyttes inde i elementet fra dets negative pol til dets positive. Tegnet på EMF bestemmes afhængigt af den vilkårligt valgte bypassretning af den del af kredsløbet, hvor strømkilden er tændt.
Ohms lov for et komplet kredsløb.
Lad os betragte det enkleste komplette kredsløb bestående af en strømkilde og en modstand med modstand R. En strømkilde med en emf ε har en modstand r, det kaldes strømkildens indre modstand. For at opnå Ohms lov for et komplet kredsløb, bruger vi loven om energibevarelse.
Lad en ladning q passere gennem lederens tværsnit i en tid Δt. Derefter, ifølge formlen, er arbejdet udført af eksterne kræfter, når en ladning q flyttes, lig med . Fra definitionen af strømstyrke har vi: q = IΔt. Derfor,.
På grund af ydre kræfters arbejde, når strøm passerer gennem kredsløbet, frigives en mængde varme på dets ydre og indre sektioner af kredsløbet i henhold til Joule-Lenz-loven lige:
Ifølge loven om bevarelse af energi er A st = Q, derfor er strømkildens emk lig med summen af spændingsfaldene i kredsløbets eksterne og interne sektioner.
Enhver makroskopisk krop har energi, bestemt af dens mikrotilstand. Det her energi hedder indre(angivet U). Det er lig med energien fra bevægelse og interaktion mellem mikropartikler, der udgør kroppen. Så, indre energi ideel gas består af den kinetiske energi af alle dets molekyler, da deres interaktion i dette tilfælde kan negligeres. Derfor det indre energi afhænger kun af gastemperaturen ( U~T).
Den ideelle gasmodel antager, at molekylerne er placeret i en afstand af flere diametre fra hinanden. Derfor er energien i deres interaktion meget mindre end bevægelsesenergien og kan ignoreres.
I virkelige gasser, væsker og faste stoffer kan interaktionen mellem mikropartikler (atomer, molekyler, ioner osv.) ikke forsømmes, da det påvirker deres egenskaber væsentligt. Derfor de indre energi består af den kinetiske energi af termisk bevægelse af mikropartikler og den potentielle energi af deres interaktion. Deres indre energi, undtagen temperatur T, vil også afhænge af lydstyrken V, da en ændring i volumen påvirker afstanden mellem atomer og molekyler, og dermed den potentielle energi af deres interaktion med hinanden.
Intern energi er en funktion af kroppens tilstand, som bestemmes af dens temperaturTog bind V.
Intern energi er entydigt bestemt af temperaturenT og kropsvolumen V, der karakteriserer dens tilstand:U =U(T, V)
Til ændre indre energi krop, skal du faktisk ændre enten den kinetiske energi af den termiske bevægelse af mikropartikler eller den potentielle energi af deres interaktion (eller begge sammen). Som du ved, kan dette gøres på to måder - ved varmeveksling eller ved at udføre arbejde. I det første tilfælde sker dette på grund af overførslen af en vis mængde varme Q; i den anden - på grund af arbejdets udførelse EN.
Dermed, mængden af varme og udført arbejde er et mål for ændring i en krops indre energi:
Δ U =Q+EN.
Ændringen i indre energi opstår på grund af en vis mængde varme givet eller modtaget af kroppen eller på grund af arbejdets udførelse.
Hvis kun varmeveksling finder sted, så ændringen indre energi opstår ved at modtage eller frigive en vis mængde varme: Δ U =Q. Ved opvarmning eller afkøling af et legeme er det lig med:
Δ U =Q = cm(T 2 - T 1) =cmΔT.
Under smeltning eller krystallisation af faste stoffer indre energiændringer på grund af ændringer i den potentielle interaktionsenergi mellem mikropartikler, fordi der forekommer strukturelle ændringer i stoffets struktur. I dette tilfælde er ændringen i indre energi lig med smeltevarmen (krystallisation) af kroppen: Δ U—Qpl =λ m, Hvor λ — specifik smeltevarme (krystallisation) af et fast stof.
Fordampning af væsker eller kondensering af damp forårsager også ændringer indre energi, som er lig med fordampningsvarmen: Δ U =Q p =rm, Hvor r— specifik fordampningsvarme (kondensation) af væsken.
Lave om indre energi krop på grund af udførelsen af mekanisk arbejde (uden varmeveksling) er numerisk lig med værdien af dette arbejde: Δ U =EN.
Hvis ændringen i intern energi opstår på grund af varmeudveksling, såΔ U =Q =cm(T 2 -T 1),ellerΔ U = Q pl = λ m,ellerΔ U =Qn =rm.
Derfor, fra molekylærfysikkens synspunkt: Materiale fra siden
Indre kropsenergi er summen af den kinetiske energi af den termiske bevægelse af atomer, molekyler eller andre partikler, som den består af, og den potentielle energi af interaktion mellem dem; fra et termodynamisk synspunkt er det en funktion af kroppens tilstand (system af kroppe), som er unikt bestemt af dets makroparametre - temperaturTog bind V.
Dermed, indre energi er systemets energi, som afhænger af dets indre tilstand. Den består af energien fra termisk bevægelse af alle mikropartikler i systemet (molekyler, atomer, ioner, elektroner osv.) og energien af deres interaktion. Det er næsten umuligt at bestemme den fulde værdi af intern energi, så ændringen i indre energi beregnes Δ U, som opstår på grund af varmeoverførsel og arbejdsydelse.
Et legemes indre energi er lig med summen af den kinetiske energi af termisk bevægelse og den potentielle interaktionsenergi mellem dets mikropartikler.
På denne side er der materiale om følgende emner:
Er det muligt entydigt at bestemme den indre energi i en krop?
Kroppen har energi
Fysik rapport om indre energi
Hvilke makroparametre afhænger den indre energi af en ideel gas af?
-