У яких випадках внутрішня енергія тіла зменшується. Способи зміни внутрішньої енергії - Гіпермаркет знань.

1. Існують два види механічної енергії: кінетична та потенційна. Кінетичною енергією володіє будь-яке тіло, що рухається; вона прямо пропорційна масі тіла та квадрату його швидкості. Потенційна енергія має взаємодіючі між собою тіла. Потенційна енергія тіла, що взаємодіє із Землею, прямо пропорційна його масі та відстані між
ним та поверхнею Землі.

Сума кінетичної та потенційної енергії тіла називається його повною механічною енергією. Таким чином, повна механічна енергія залежить від швидкості руху тіла та від його положення щодо того тіла, з яким воно взаємодіє.

Якщо тіло має енергію, воно може зробити роботу. При виконанні роботи енергія тіла змінюється. Значення роботи дорівнює зміні енергії.

2. Якщо в закриту пробкою товстостінну банку, дно якої вкрите водою, накачувати повітря (мал. 67), то через якийсь час пробка з банки вилетить і у банку утворюється туман.

Це пояснюється тим, що в повітрі, що знаходиться в банку, є водяна пара, що утворюється при випаровуванні води. Поява туману означає, що пара перетворилася на воду, тобто. сконденсувався, а це може відбуватися при зниженні температури. Отже, температура повітря у банку знизилася.

Причина цього така. Пробка вилетіла з банки, тому що повітря, що знаходилося там, діяв на неї з певною силою. Повітря при вильоті пробки зробило роботу. Відомо, що роботу тіло може здійснити, якщо воно має енергію. Отже, повітря в банку має енергію.

При виконанні повітрям роботи знизилася температура, змінилося його стан. При цьому механічна енергія повітря не змінилася: не змінилися ні його швидкість, ні положення щодо Землі. Отже, робота була виконана не за рахунок механічної, а за рахунок іншої енергії. Ця енергія - внутрішня енергіяповітря, що знаходиться у банку.

3. Внутрішньою енергією тіла називають суму кінетичної енергії руху його молекул та потенційної енергії їхньої взаємодії.

Кінетичної енергією ((E_к) \) молекули володіють, так як вони знаходяться в русі, а потенційною енергією ((E_п) \), оскільки вони взаємодіють.

Внутрішню енергію позначають буквою (U). Одиницею внутрішньої енергії є 1 джоуль (1 Дж).

\[ U=E_к+E_п \]

4. Чим більша швидкість руху молекул, тим вище температура тіла, отже, внутрішня енергія залежить від температури тіла. Щоб перевести речовину з твердого стану на рідкий стан, наприклад, перетворити лід у воду, потрібно підвести до нього енергію. Отже, вода матиме більшу внутрішню енергію, ніж лід тієї ж маси, і, отже, внутрішня енергія залежить від агрегатного стану тіла.

Внутрішня енергія тіла не залежить від його руху як цілого та від його взаємодії з іншими тілами. Так, внутрішня енергія м'яча, що лежить на столі і на підлозі, однакова, так само як і м'яча, що нерухомого і котиться по підлозі (якщо, звичайно, знехтувати опором його руху).

Про зміну внутрішньої енергії можна судити за значенням виконаної роботи. Крім того, оскільки внутрішня енергія тіла залежить від його температури, то зміни температури тіла можна судити про зміну його внутрішньої енергії.

5. Внутрішню енергію можна змінити під час роботи. Так, в описаному досвіді внутрішня енергія повітря і пари води в банку зменшувалася при виконанні ними роботи з виштовхування пробки. Температура повітря і водяної пари при цьому знижувалася, про що свідчила поява туману.

Якщо по шматку свинцю кілька разів ударити молотком, то навіть навпомацки можна визначити, що шматок свинцю нагріється. Отже, його внутрішня енергія, як і і внутрішня енергія молотка, збільшилася. Це сталося тому, що було здійснено роботу над шматком свинцю.

Якщо тіло саме виконує роботу, його внутрішня енергія зменшується, і якщо з нього виконують роботу, його внутрішня енергія збільшується.

Якщо в склянку з холодною водою налити гарячу воду, температура гарячої води знизиться, а холодної води - підвищиться. У цьому випадку робота не відбувається, проте внутрішня енергія гарячої води зменшується, про що свідчить зниження її температури.

Оскільки спочатку температура гарячої води була вищою за температуру холодної води, то і внутрішня енергія гарячої води більша. А це означає, що молекули гарячої води мають більшу кінетичну енергію, ніж молекули холодної води. Цю енергію молекули гарячої води передають молекул холодної води при зіткненнях, і кінетична енергія молекул холодної води збільшується. Кінетична енергія молекул гарячої води у своїй зменшується.

У розглянутому прикладі механічна робота не відбувається, внутрішня енергія тіл змінюється шляхом теплопередачі.

Теплопередачею називається спосіб зміни внутрішньої енергії тіла під час передачі енергії від однієї частини тіла до іншої або від одного тіла до іншого без виконання роботи.

Частина 1

1. Внутрішня енергія газу в запаяній посудині постійного об'єму визначається

1) хаотичним рухом молекул газу
2) рухом усієї судини з газом
3) взаємодією судини з газом та Землі
4) дією на посудину з газом зовнішніх сил

2. Внутрішня енергія тіла залежить від

A) маси тіла
Б) положення тіла щодо поверхні Землі
B) швидкості руху тіла (за відсутності тертя)

Правильна відповідь

1) тільки А
2) тільки Б
3) тільки В
4) тільки Б і В

3. Внутрішня енергія тіла не залежить від

A) температури тіла
Б) маси тіла
B) положення тіла щодо поверхні Землі

Правильна відповідь

1) тільки А
2) тільки Б
3) тільки В
4) тільки А та Б

4. Як змінюється внутрішня енергія тіла під час його нагрівання?

1) збільшується
2) зменшується
3) у газів збільшується, у твердих і рідких тіл не змінюється
4) у газів не змінюється, у твердих і рідких тіл збільшується

5. Внутрішня енергія монети збільшується, якщо її

1) нагріти у гарячій воді
2) опустити у воду такої ж температури
3) змусити рухатися із деякою швидкістю
4) підняти над поверхнею Землі

6. Одна склянка з водою стоїть на столі в кімнаті, а інша склянка з водою такої ж маси і такої ж температури знаходиться на полиці, що висить на висоті 80 см щодо столу. Внутрішня енергія склянки з водою на столі дорівнює

1) внутрішньої енергії води на полиці
2) більше внутрішньої енергії води на полиці
3) менше внутрішньої енергії води на полиці
4) дорівнює нулю

7. Після того, як гарячу деталь опустять у холодну воду, внутрішня енергія

1) і деталі, і води збільшуватиметься
2) і деталі, і води зменшуватиметься
3) деталі зменшуватимуться, а води збільшуватимуться
4) деталі збільшуватимуться, а води зменшуватимуться

8. Одна склянка з водою стоїть на столі в кімнаті, а інша склянка з водою такої ж маси і такої ж температури знаходиться в літаку, що летить зі швидкістю 800 км/год. Внутрішня енергія води в літаку

1) дорівнює внутрішній енергії води в кімнаті
2) більше внутрішньої енергії води в кімнаті
3) менше внутрішньої енергії води у кімнаті
4) дорівнює нулю

9. Після того, як у чашку, що стоїть на столі, налили гарячу воду, внутрішня енергія

1) чашки та води збільшилася
2) чашки та води зменшилася
3) чашки зменшилася, а води збільшилась
4) чашки збільшилася, а води зменшилась

10. Температуру тіла можна підвищити, якщо

А. Здійснити над ним роботу.
Б. Повідомити йому кілька теплоти.

Правильна відповідь

1) тільки А
2) тільки Б
3) і А, і Б
4) ні А, ні Б

11. Свинцеву кульку охолоджують у холодильнику. Як при цьому змінюються внутрішня енергія кульки, її маса та щільність речовини кульки? Для кожної фізичної величини визначте характер зміни. Запишіть у таблиці вибрані цифри кожної фізичної величини. Цифри у відповіді можуть повторюватися.

ФІЗИЧНА ВЕЛИЧИНА
A) внутрішня енергія
Б) маса
B) щільність

ХАРАКТЕР ЗМІНИ
1) збільшується
2) зменшується
3) не змінюється

12. У сулію, щільно закриту пробкою, закачують насосом повітря. Якоїсь миті пробка вилітає з бутлі. Що при цьому відбувається з об'ємом повітря, його внутрішньою енергією та температурою? Для кожної фізичної величини визначте її характер зміни. Запишіть у таблиці вибрані цифри кожної фізичної величини. Цифри у відповіді можуть повторюватися.

ФІЗИЧНА ВЕЛИЧИНА
A) обсяг
Б) внутрішня енергія
B) температура

ХАРАКТЕР ЗМІНИ
1) збільшується
2) зменшується
3) не змінюється

Відповіді

Тому, змінюючи температуру тіла, ми змінюємо його внутрішню енергію. При нагріванні тіла його внутрішня енергія збільшується, зменшується при охолодженні.

Зробимо досвід. Зміцнимо на підставці тонкостінну латунну трубку. Наллємо в неї трохи ефіру і щільно закриємо пробкою. Тепер обов'ямо трубку мотузкою і почнемо натирати нею трубку, швидко витягуючи у мотузку то в один, то в інший бік. Через деякий час внутрішня енергія трубки з ефіром зросте настільки, що ефір закипить і пара, що утворилася, виштовхне пробку (рис. 60).

Цей досвід показує, що Внутрішню енергію тіла можна змінити шляхом здійснення над тілом роботи, зокрема тертям.

Змінюючи внутрішню енергію шматка дерева шляхом тертя, наші предки добували вогонь. Температура займання дерева дорівнює 250 °С. Тому, щоб отримати вогонь, потрібно терти одним шматком дерева інакше, поки їх температура не досягне цього значення. Чи це легко? Коли в такий спосіб спробували здобути вогонь герої роману Жюля Верна "Таємничий острів", у них нічого не вийшло.

"Якби енергію, яку витратили Наб з Пенкрофом, можна було перетворити на тепло, її, напевно, вистачило б для опалення котла океанського пароплава. Але результат їх зусиль дорівнював нулю. Шматки дерева, щоправда, розігрілися, але значно менше, ніж самі учасники цієї операції.

Після години роботи Пенкроф був весь у поті і з досадою відкинув шматки дерева, сказавши:
- Не кажіть мені, що дикуни добувають вогонь таким чином! Я скоріше повірю, що влітку йде сніг. Легше, мабуть, запалити власні долоні, потираючи їх одну про іншу.

Причина їх невдачі полягала в тому, що вогонь слід видобувати не простим тертям одного шматка дерева про інше, а свердлінням дощечки загостреною паличкою (рис. 61). Тоді за певної вправності можна за 1 с збільшити температуру в гнізді палички на 20 °С. А щоб довести паличку до горіння, потрібно лише 250/20=12,5 секунди!

Багато людей і в наш час "добувають" вогонь тертям - тертям сірників об сірникову коробку. Чи давно з'явилися сірники? Виробництво перших (фосфорних) сірників почалося у 30-х роках. ХІХ ст. Фосфор спалахує при досить слабкому нагріванні - всього до 60 °С. Тому, щоб запалити фосфорний сірник, досить було чиркнути нею практично про будь-яку поверхню (починаючи від найближчої стіни і закінчуючи халявою чобіт). Однак ці сірники були дуже небезпечні: вони були отруйні і через легке загоряння часто спричиняли пожежу. Безпечні сірники (якими ми користуємося досі) були винайдені в 1855 р. у Швеції (звідси їхня назва "шведські сірники"). Фосфор у цих сірниках замінений іншими горючими речовинами.

Отже, шляхом тертя можна збільшити температуру речовини. Здійснюючи над тілом роботу(наприклад, ударяючи по шматку свинцю молотком, згинаючи і розгинаючи дріт, переміщуючи один предмет по поверхні іншого або стискаючи газ, що знаходиться в циліндрі з поршнем), ми збільшуємо його внутрішню енергію. Якщо ж тіло саме робить роботу" (за рахунок своєї внутрішньої енергії) то внутрішня енергія тіла зменшується і тіло охолоджується.

Поспостерігаємо це на досвіді. Візьмемо товстостінну скляну посудину і щільно закриємо її гумовою пробкою з отвором. Через цей отвір за допомогою насоса почнемо накачувати повітря в посудину. Через деякий час пробка з шумом вилетить із судини, а в самій посудині з'явиться туман (рис. 62). Поява туману означає, що повітря в посудині стало холоднішим і, отже, його внутрішня енергія зменшилася. Пояснюється це тим, що стиснене повітря, що знаходилося в посудині, виштовхуючи пробку, зробив роботу за рахунок зменшення своєї внутрішньої енергії. Тому температура повітря і зменшилася.

Внутрішню енергію тіла можна змінити без виконання роботи. Так, наприклад, її можна збільшити, нагріваючи на плиті чайник із водою або опустивши ложку у склянку із гарячим чаєм. Нагрівається камін, в якому розведений вогонь, дах будинку, що освітлюється сонцем, і т. д. Підвищення температури тіл у всіх цих випадках означає збільшення їх внутрішньої енергії, але це відбувається без виконання роботи.

Зміна внутрішньої енергії тіла без виконання роботи називається теплообміном. Теплообмін виникає між тілами (або частинами того самого тіла), що мають різну температуру.

Як, наприклад, відбувається теплообмін при контакті холодної ложки із гарячою водою? Спочатку середня швидкість та кінетична енергія молекул гарячої води перевищують середню швидкість та кінетичну енергію частинок металу, з якого виготовлена ложка. Але в тих місцях, де ложка стикається з водою, молекули гарячої води починають передавати частину своєї кінетичної енергії частинкам ложки і ті починають рухатися швидше. Кінетична енергія молекул води у своїй зменшується, а кінетична енергія частинок ложки збільшується. Разом з енергією змінюється температура: вода поступово остигає, а ложка нагрівається. Зміна їх температури відбувається доти, доки вона і біля води, і біля ложки не стане однаковою.

Частину внутрішньої енергії, переданої від одного тіла до іншого при теплообміні, позначають буквою та називають кількістю теплоти.
Q – кількість теплоти.

Кількість теплоти не слід плутати із температурою. Температура вимірюється у градусах, а кількість теплоти (як і будь-яка інша енергія) – у джоулях.

При контакті тіл з різною температурою гаряче тіло віддає деяку кількість теплоти, а холодніше тіло його отримує.

Отже, існують два способи зміни внутрішньої енергії: 1) здійснення роботита 2) теплообмін. При здійсненні першого з цих способів внутрішня енергія тіла змінюється на величину досконалої роботи А, а при здійсненні другого з них на величину, рівну кількості переданої теплоти Q

Цікаво, що обидва розглянуті способи можуть призводити до однакових результатів. Тому за кінцевим результатом неможливо визначити, яким саме із цих способів його досягнуто. Так, взявши зі столу нагріту сталеву спицю, ми не зможемо сказати, яким способом її нагріли шляхом тертя або зіткнення з гарячим тілом. У принципі могло бути як те, і інше.

1. Назвіть два способи зміни внутрішньої енергії тіла. 2. Наведіть приклади збільшення внутрішньої енергії тіла шляхом виконання над ним роботи. 3. Наведіть приклади збільшення та зменшення внутрішньої енергії тіла внаслідок теплообміну. 4. Що таке кількість теплоти? Як воно позначається? 5. У яких одиницях вимірюється кількість теплоти? 6. Якими способами можна видобути вогонь? 7. Коли розпочалося виробництво сірників?

Притисніть монету або шматочок фольги до картону або дошки. Зробивши спочатку 10, потім 20 і т. д. рухів то в один, то в інший бік, зауважте, що відбувається з температурою тіл у процесі тертя. Як залежить зміна внутрішньої енергії тіла від величини досконалої роботи?

Надіслано читачами з інтернет-сайтів

Електронні видання безкоштовно, бібліотека фізики, уроки фізики, програма з фізики, конспекти уроків фізики, підручники з фізики, готові домашні завдання

Зміст уроку конспект урокуопорний каркас презентація уроку акселеративні методи інтерактивні технології Практика завдання та вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відеокліпи та мультимедіафотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Доповнення рефератистатті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні та додаткові словник термінів інші Удосконалення підручників та уроківвиправлення помилок у підручникуоновлення фрагмента у підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні урокикалендарний план на рік методичні рекомендації програми обговорення Інтегровані уроки

Як змінити механічну енергію тіла? Так, дуже просто. Поміняти його місцезнаходження чи надати йому прискорення. Наприклад, штовхнути м'ячик або підняти його над землею вище.

У першому випадку ми змінимо його кінетичну енергію, у другому — потенційну. А як справи з внутрішньою енергією? Яким чином змінити внутрішню енергію тіла? Для початку розберемося, що це таке. Внутрішня енергія – це кінетична та потенційна частинок – це енергія їхнього руху. А швидкість їхнього руху, як відомо, залежить від температури. Тобто, логічний висновок – підвищуючи температуру тіла, ми підвищимо його внутрішню енергію. Найпростіший спосіб підвищити температуру тіла – це теплообмін. При контакті тіл з різною температурою холодніше тіло нагрівається за рахунок теплішого. Тепліше тіло в цьому випадку охолоджується.

Простий щоденний приклад: холодна ложка в чашці з гарячим чаєм дуже швидко нагрівається, а чай при цьому трохи остигає. Підвищення температури тіла можливе й іншими способами. Як ми всі робимо, коли у нас на вулиці замерзають обличчя чи руки? Ми трьом їх. Під час тертя предмети нагріваються. Також предмети нагріваються під час ударів, тиску, тобто, іншими словами, при взаємодії. Всім відомо, як видобували вогонь у давнину - або терли дерев'яшки один про одного, або стукали кремнієм по іншому каменю. Також і в наш час у кремнієвих запальничках використовується тертя металевого стрижня про кремінь.

Досі йшлося про зміну внутрішньої енергії шляхом зміни кінетичної енергії складових його частинок. А як щодо потенційної енергії цих самих часток? Як відомо, потенційна енергія частинок - це енергія їхнього взаєморозташування. Таким чином, для зміни потенційної енергії частинок тіла, нам треба тіло деформувати: стиснути, скрутити і так далі, тобто змінити розташування частинок одна щодо одної. Це досягається шляхом дії на тіло. Ми змінюємо швидкість окремих частин тіла, тобто робимо над ним роботу.

Таким чином, всі випадки на тіло з метою зміни його внутрішньої енергії досягаються двома способами. Або шляхом передачі йому тепла, тобто теплопередачею або шляхом зміни швидкості його частинок, тобто здійсненням над тілом роботи.

Приклади зміни внутрішньої енергії- це практично всі процеси, що відбуваються у світі. Не змінюється внутрішня енергія частинок у разі, коли з тілом абсолютно нічого не відбувається, що погодьтеся, крайня рідкість – закон збереження енергії діє. Навколо нас постійно щось відбувається. Навіть із предметами, з якими на перший погляд нічого не відбувається, насправді відбуваються різні непомітні нам зміни: незначні зміни температури, невеликі деформації тощо. Стілець прогинається під нашою вагою, у книги на полиці трохи змінюється температуру від кожного руху повітря, не кажучи вже про протяги. Ну а щодо живих тіл - тут зрозуміло без слів, що в них усередині весь час щось відбувається, і внутрішня енергія змінюється практично в кожний момент часу.

Внутрішню енергію можна змінити двома способами.

Якщо робота відбувається над тілом, то його внутрішня енергія збільшується.

Внутрішня енергія тіла(позначається як E або U) – це сума енергій молекулярних взаємодій та теплових рухів молекули. Внутрішня енергія є однозначною функцією стану системи. Це означає, що кожного разу, коли система виявляється в даному стані, її внутрішня енергія набуває властивого цьому стану значення, незалежно від передісторії системи. Отже, зміна внутрішньої енергії при переході з одного стану в інший буде завжди дорівнює різниці між її значеннями в кінцевому та початковому станах, незалежно від шляху, яким відбувався перехід.

Внутрішню енергію тіла не можна виміряти безпосередньо. Можна визначити лише зміну внутрішньої енергії:

Ця формула є математичним виразом першого початку термодинаміки.

Для квазістатичних процесів виконується таке співвідношення:

Температура, виміряна в кельвінах

Ентропія, виміряна в джоулях/кельвін

Тиск, виміряний у паскалях

Хімічний потенціал

Кількість частинок у систем

Теплота згоряння палива. Умовне паливо. Кількість повітря необхідне горіння палива.

Про якість палива судять з його теплоти згоряння. Для характеристики твердих і рідких видів палива служить показник питомої теплоти згоряння, який є кількістю теплоти, що виділяється при повному згорянні одиниці маси (кДж/кг). Для газоподібних видів палива застосовується показник об'ємної теплоти згоряння, що є кількістю теплоти, що виділяється при згорянні одиниці об'єму (кДж/м3). Крім того, газоподібне паливо у ряді випадків оцінюють за кількістю теплоти, що виділяється при повному згорянні одного молячи газ (кДж/моль).

Теплоту згоряння визначають не тільки теоретично, а й досвідченим шляхом, спалюючи певну кількість палива у спеціальних приладах, які називаються калориметрами. Теплоту згоряння оцінюють підвищення температури води в колориметрі. Результати, одержані цим методом, близькі до значень, розрахованих за елементарним складом палива.

Запитання 14Зміна внутрішньої енергії при нагріванні та охолодженні. Робота газу за зміни об'єму.

Внутрішня енергія тіла залежитьвід середньої кінетичної енергії його молекул, а ця енергія, своєю чергою, залежить від температури. Тому, змінюючи температуру тіла, ми змінюємо його внутрішню енергію. При нагріванні тіла його внутрішня енергія збільшується, при охолодженні зменшується.

Зміна внутрішньої енергіїтіла без виконання роботи називається теплообміном. Теплообмін виникає між тілами (або частинами того самого тіла), що мають різну температуру.

Частину внутрішньої енергії, переданої від одного тіла до іншого при теплообміні, позначають буквою і називають кількістю теплоти.

Q – кількість теплоти.

Робота під час ізобарного розширення газу. Одним із основних термодинамічних процесів, що відбуваються в більшості теплових машин, є процес розширення газу з виконанням роботи. Легко визначити роботу, що здійснюється при ізобарному розширенні газу.

Якщо при ізобарному розширенні газу від об'єму V1 до об'єму V2 відбувається переміщення поршня в циліндрі на відстань l (рис. 106), то робота A, виконана газом, дорівнює

Де p – тиск газу, – зміна його обсягу.

Робота під час довільного процесу розширення газу.Довільний процес розширення газу від обсягу V1 до обсягу V2 можна представити як сукупність ізобарних і ізохорних процесів, що чергуються.

Робота при ізотермічному розширенні газу. Порівнюючи площі фігур під ділянками ізотерми і ізобари, можна дійти невтішного висновку, що розширення газу від обсягу V1 до обсягу V2 при однаковому початковому значенні тиску газу супроводжується у разі ізобарного розширення здійсненням більшої роботи.

Робота при стисканні газу. При розширенні газу напрям вектора сили тиску газу збігається з напрямком вектора переміщення, тому робота A", досконала газом, позитивна (A" > 0), а робота зовнішніх сил негативна: A = -A"< 0.

При стисканні газунапрям вектора зовнішньої сили збігається з напрямком переміщення, тому робота зовнішніх сил позитивна (A > 0), а робота A", досконала газом, негативна (A"< 0).

Адіабатний процес. Крім ізобарного, ізохорного та ізотермічного процесів, у термодинаміці часто розглядаються адіабатні процеси.

Адіабатним процесом називається процес, що у термодинамічної системі за відсутності теплообміну з оточуючими тілами, т. е. за умови Q = 0.

Запитання 15 Умови рівноваги тіла. Момент сили. Види рівноваги.

рівновагу, або баланс, деякого числа пов'язаних явищ у природничих та гуманітарних науках.

Система вважається що знаходиться в положенні рівноваги, якщо всі впливи на цю систему компенсуються іншими або відсутні взагалі. Подібне поняття – стійкість. Рівнавага може бути стійким, нестійким чи байдужим.

Характерні приклади рівноваги:

1. Механічне рівновагу, також відоме як статичне рівновагу, - стан тіла, що у спокої, чи що рухається рівномірно, у якому сума зусиль і моментів, що діють нього, дорівнює нулю.

2. Хімічне рівновагу - становище, у якому хімічна реакція протікає так само, як і зворотна реакція, й у результаті немає зміни кількості кожного компонента.

3. Фізичний баланс людей і тварин, який підтримується за рахунок розуміння його необхідності та в деяких випадках - за допомогою штучної підтримки цього балансу [джерело не вказано 948 днів].

4. Термодинамічна рівновага - стан системи, в якому його внутрішні процеси не призводять до змін макроскопічних параметрів (таких, як температура та тиск).

Равенство нулю алгебраїчної суми моментів силне означає також, що при цьому тіло обов'язково перебуває у спокої. Протягом кількох мільярдів років з постійним періодом триває обертання Землі навколо осі саме тому, що сума алгебри моментів сил, що діють на Землю з боку інших тіл, дуже мала. З тієї ж причини продовжує обертання з постійною частотою розкручене велосипедне колесо, і лише зовнішні сили зупиняють це обертання.

Види рівноваги. У практиці велику роль грає як виконання умови рівноваги тіл, а й якісна характеристика рівноваги, звана стійкістю. Розрізняють три види рівноваги тіл: стійке, нестійке та байдуже. Рівновага називається стійкою, якщо після невеликих зовнішніх впливів тіло повертається у вихідний стан рівноваги. Це відбувається, якщо при невеликому зміщенні тіла в будь-якому напрямку від початкового положення рівнодіюча сил, що діють на тіло, стає відмінною від нуля і спрямована до рівноваги. У стійкій рівновазі знаходиться, наприклад, куля на дні поглиблення.

Загальна умова рівноваги тіла. Об'єднуючи два висновки, можна сформулювати загальну умову рівноваги тіла: тіло знаходиться в рівновазі, якщо дорівнюють нулю геометрична сума векторів усіх сил, які до нього докладаються, і алгебраїчна сума моментів цих сил щодо осі обертання.

Запитання 16Пароутворення та конденсація. Випаровування. Кипіння рідини. Залежність кипіння рідини від тиску.

Пароутворення -властивість краплинних рідин змінювати свій агрегатний стан і перетворюватися на пару. Пароутворення, що відбувається лише на поверхні крапельної рідини, називається випаровуванням. Пароутворення по всьому об'єму рідини називається кипінням; воно відбувається за певної температури, що залежить від тиску. Тиск, при якому рідина закипає при даній температурі, називається тиском насиченої пари pнп, його значення залежить від роду рідини та її температури.

Випаровування- Процес переходу речовини з рідкого стану в газоподібний (пар). Процес випаровування є зворотним процесом конденсації (перехід з пароподібного стану в рідкий. Випаровування (пароутворення), перехід речовини з конденсованої (твердої або рідкої) фази в газоподібну (пар); фазовий перехід першого роду.

Конденсація –це процес, обернений до процесу випаровування. При конденсації молекули пари повертаються у рідину. У закритому посудині рідина та її пар можуть перебувати у стані динамічної рівноваги, коли число молекул, що вилітають з рідини, дорівнює кількості молекул, що повертаються в рідину з пари, тобто коли швидкості процесів випаровування та конденсації однакові. Таку систему називають двофазною. Пара, що знаходиться в рівновазі зі своєю рідиною, називають насиченою. Число молекул, що вилітають з одиниці площі поверхні рідини за секунду, залежить від температури рідини. Число молекул, що повертаються з пари в рідину, залежить від концентрації молекул пари і середньої швидкості їх теплового руху, яка визначається температурою пари.

Кипіння- процес пароутворення в рідині (перехід речовини з рідкого в газоподібний стан), з виникненням меж поділу фаз. Температура кипіння при атмосферному тиску наводиться зазвичай як одна з основних фізико-хімічних характеристик хімічно чистої речовини.

Кипіння розрізняють за типом:

1. кипіння при вільній конвекції у великому обсязі;

2. кипіння при вимушеній конвекції;

3. а також щодо середньої температури рідини до температури насичення:

4. кипіння рідини, недогрітої до температури насичення (поверхневе кипіння);

5. кипіння рідини, догрітої до температури насичення

Пухирцевий

Кипіння , при якому пара утворюється у вигляді бульбашок, що періодично зароджуються і ростуть, називається бульбашковим кипінням. При повільному бульбашковому кипінні рідини (а точніше, зазвичай на стінках чи дні судини) з'являються бульбашки, наповнені парою. За рахунок інтенсивного випаровування рідини всередину бульбашок вони ростуть, спливають, і пара вивільняється в парову фазу над рідиною. При цьому в пристіночному шарі рідина перебуває в злегка перегрітому стані, тобто її температура перевищує номінальну температуру кипіння. У звичайних умовах ця різниця невелика (близько одного градуса).

Плівковий

При збільшенні теплового потоку до деякої критичної величини окремі бульбашки зливаються, утворюючи біля стінки судини суцільний паровий шар, що періодично проривається в об'єм рідини. Такий режим називається плівковим.

©2015-2019 сайт
Усі права належати їх авторам. Цей сайт не претендує на авторства, а надає безкоштовне використання.
Дата створення сторінки: 2016-08-20

Внутрішню енергію можна змінити двома способами.

Якщо робота відбувається над тілом, то його внутрішня енергія збільшується.

Якщо роботу здійснює саме тіло, його внутрішня енергія зменшується.

Усього існує три простих (елементарних) види передачі тепла:

· Теплопровідність

· Конвекція

Конвекція - явище перенесення теплоти в рідинах або газах, або сипучих середовищах потоками речовини. Існує т.з. природна конвекція , що виникає у речовині мимовільно за його нерівномірному нагріванні у полі тяжіння. При такій конвекції нижні шари речовини нагріваються, стають легшими і спливають, а верхні шари, навпаки, остигають, стають важчими і опускаються вниз, після чого процес повторюється знову і знову.

Теплове випромінювання або променевипускання - передача енергії від одних тіл до інших у вигляді електромагнітних хвиль за рахунок їхньої теплової енергії.

Внутрішня енергія ідеального газу

З визначення ідеального газу , у ньому відсутня потенційна складова внутрішньої енергії (відсутні сили взаємодії молекул, крім ударного). Таким чином, внутрішня енергія ідеального газу є лише кінетичною енергією руху його молекул. Раніше (рівняння 2.10) було показано, що кінетична енергія поступального руху молекул газу прямо пропорційна до його абсолютної температури.

Використовуючи вираз універсальної газової постійної (4.6) можна визначити величину константи α.

Таким чином, кінетична енергія поступального руху однієї молекули ідеального газу визначатиметься виразом.

Відповідно до кінетичної теорії, розподіл енергії за ступенями свободи рівномірний. У поступального руху три ступені свободи. Отже, на один ступінь свободи руху молекули газу припадатиме 1/3 її кінетичної енергії.

Для двох, трьох та багатоатомних молекул газу крім ступенів свободи поступального руху є ступеня свободи обертального руху молекули. Для двоатомних молекул газу число ступенів свободи обертального руху дорівнює 2, для трьох та багатоатомних молекул - 3.

Оскільки розподіл енергії руху молекули за всіма ступенями свободи рівномірний, а число молекул в одному кіломолі газу дорівнює Nμ, внутрішню енергію одного кіломолю ідеального газу можна отримати, помноживши вираз (4.11) на число молекул в одному кіломолі та на число ступенів свободи руху молекули даного газу .

де Uμ - внутрішня енергія кіломолю газу Дж/кмоль, i - число ступенів свободи руху молекули газу.

Для 1 - атомного газу i = 3, для 2 - атомного газу i = 5, для 3 - атомного та багатоатомного газів i = 6.

Електричний струм. Умови існування електричного струму. ЕРС. Закон Ома для повного кола. Робота та потужність струму. Закон Джоуля-Ленца.

Серед умов, необхідні існування електричного струму розрізняють: наявність серед вільних електричних зарядів і створення серед електричного поля . Електричне поле у середовищі необхідне створення спрямованого руху вільних зарядів. Як відомо, на заряд q в електричному полі напруженістю E діє сила F = qE, яка змушує вільні заряди рухатися у напрямку електричного поля. Ознакою існування у провіднику електричного поля є наявність не рівної нулю різниці потенціалів між будь-якими двома точками провідника.

Однак, електричні сили не можуть тривалий час підтримувати електричний струм. Спрямований рух електричних зарядів через деякий час призводить до вирівнювання потенціалів на кінцях провідника і, отже, зникнення в ньому електричного поля. Для підтримки струму в електричному ланцюзі на заряди крім кулонівських сил повинні діяти сили неелектричної природи (сторонні сили). Пристрій, що створює сторонні сили, що підтримує різницю потенціалів в ланцюзі і перетворює різні види енергії електричну енергію, називається джерелом струму.

Умови існування електричного струму:

· Наявність вільних носіїв зарядів

· Наявність різниці потенціалів. це умови виникнення струму. щоб струм існував

· замкнутий ланцюг

· Джерело сторонніх сил, який підтримує різницю потенціалів.

Будь-які сили, які діють електрично заряджені частинки, крім електростатичних (кулонівських) сил, називають сторонніми силами.

Електрорухаюча сила.

Електрорушійна сила (ЕРС) - скалярна фізична величина, що характеризує роботу сторонніх (непотенційних) сил у джерелах постійного або змінного струму. У замкнутому провідному контурі ЕРС дорівнює роботі цих сил по переміщенню одиничного позитивного заряду вздовж контуру.

Одиницею ЕРС, як і напруги, є вольт. Можна говорити про електрорушійну силу на будь-якій ділянці ланцюга. Електрорушійна сила гальванічного елемента чисельно дорівнює роботі сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду всередині елемента від його негативного полюса до позитивного. Знак ЕРС визначається залежно від довільно обраного напрямку обходу тієї ділянки ланцюга, на якому включено джерело струму.

Закон Ома для повного кола.

Розглянемо найпростіший повний ланцюг, що складається з джерела струму і резистора опором R. Джерело струму має ЕРС ε, має опір r, його називають внутрішнім опором джерела струму. Для отримання закону ома для повного ланцюга використовуємо закон збереження енергії.

Нехай протягом Δt через поперечний переріз провідника пройде заряд q. Тоді за формулою робота сторонніх сил при переміщенні заряду q дорівнює . З визначення сили струму маємо: q = I?t. Отже, .

Завдяки роботі зовнішніх сил при проходженні струму в ланцюгу на його зовнішньому та внутрішньому ділянках ланцюга виділяється кількість теплоти, згідно із законом Джоуля-Ленца. рівне:

Відповідно до закону збереження енергії A ст = Q, тому Звідси Таким чином, ЕРС джерела струму дорівнює сумі падінь напруги на зовнішньому та внутрішньому ділянках ланцюга.