Trong trường hợp nào nội năng của cơ thể giảm? Những cách thay đổi năng lượng bên trong - Siêu Thị Tri Thức

1. Có hai loại cơ năng: động năng và thế năng. Bất kỳ vật thể chuyển động nào cũng có động năng; nó tỷ lệ thuận với khối lượng của vật và bình phương tốc độ của nó. Các vật tương tác với nhau đều có thế năng. Thế năng của một vật tương tác với Trái đất tỷ lệ thuận với khối lượng của nó và khoảng cách giữa
anh ta và bề mặt Trái đất.

Tổng động năng và thế năng của một vật gọi là cơ năng toàn phần. Do đó, tổng năng lượng cơ học phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của cơ thể và vị trí của nó so với cơ thể mà nó tương tác.

Nếu cơ thể có năng lượng thì nó có thể thực hiện công. Khi công việc được thực hiện, năng lượng của cơ thể sẽ thay đổi. Giá trị của công việc bằng độ biến thiên của năng lượng.

2. Nếu không khí được bơm vào một chiếc lọ có thành dày được đậy bằng nút, đáy lọ được phủ nước (Hình 67), thì sau một thời gian, nút sẽ bay ra khỏi lọ và sương mù sẽ hình thành trong lọ.

Điều này được giải thích là do trong không khí trong bình có hơi nước hình thành khi nước bay hơi. Sự xuất hiện của sương mù có nghĩa là hơi nước đã biến thành nước, tức là. ngưng tụ, và điều này có thể xảy ra khi nhiệt độ giảm xuống. Kết quả là nhiệt độ không khí trong bình giảm xuống.

Lý do cho điều này là như sau. Nút chai bay ra khỏi bình vì không khí ở đó tác dụng lên nó một lực nhất định. Không khí đã hoạt động khi phích cắm bật ra. Người ta biết rằng cơ thể có thể thực hiện công nếu có năng lượng. Vì vậy không khí trong bình có năng lượng.

Khi không khí thực hiện công, nhiệt độ của nó giảm và trạng thái của nó thay đổi. Đồng thời, cơ năng của không khí không thay đổi: tốc độ cũng như vị trí của nó so với Trái đất đều không thay đổi. Do đó, công được thực hiện không phải do cơ học mà do năng lượng khác. Năng lượng này là năng lượng bên trong không khí trong bình.

3. Nội năng của một vật là tổng động năng chuyển động của các phân tử và thế năng tương tác giữa chúng.

Các phân tử có động năng \((E_к) \) , vì chúng đang chuyển động và có thế năng \((E_п) \) , vì chúng tương tác.

Nội năng được ký hiệu bằng chữ \(U\) . Đơn vị của nội năng là 1 joule (1 J).

\[ U=E_к+E_п \]

4. Tốc độ chuyển động của các phân tử càng lớn thì nhiệt độ cơ thể càng cao, do đó, năng lượng bên trong phụ thuộc vào nhiệt độ cơ thể. Để chuyển một chất từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng, chẳng hạn như biến băng thành nước, bạn cần cung cấp năng lượng cho nó. Do đó, nước sẽ có nội năng lớn hơn nước đá có cùng khối lượng, và do đó, năng lượng bên trong phụ thuộc vào trạng thái tập hợp của cơ thể.

Năng lượng bên trong của một cơ thể không phụ thuộc vào chuyển động tổng thể của nó và vào sự tương tác của nó với các cơ thể khác. Do đó, nội năng của một quả bóng nằm trên bàn và trên sàn là như nhau, cũng như một quả bóng đứng yên và lăn trên sàn (tất nhiên nếu chúng ta bỏ qua lực cản chuyển động của nó).

Sự thay đổi nội năng có thể được đánh giá bằng giá trị công thực hiện. Ngoài ra, vì nội năng của cơ thể phụ thuộc vào nhiệt độ của nó nên sự thay đổi nhiệt độ của cơ thể có thể được sử dụng để đánh giá sự thay đổi nội năng của nó.

5. Năng lượng bên trong có thể được thay đổi bằng cách thực hiện công việc. Như vậy, trong thí nghiệm đã mô tả, nội năng của không khí và hơi nước trong bình giảm khi chúng thực hiện công đẩy nút ra. Đồng thời, nhiệt độ của không khí và hơi nước giảm xuống, bằng chứng là xuất hiện sương mù.

Nếu bạn dùng búa đập vào một miếng chì nhiều lần, bạn thậm chí có thể biết khi chạm vào rằng miếng chì sẽ nóng lên. Do đó, nội năng của anh ta cũng như nội năng của chiếc búa đều tăng lên. Điều này xảy ra vì công việc được thực hiện trên một miếng chì.

Nếu cơ thể tự hoạt động thì nội năng của nó giảm đi, và nếu cơ thể thực hiện công thì nội năng của nó sẽ tăng lên.

Nếu đổ nước nóng vào cốc nước lạnh thì nhiệt độ của nước nóng sẽ giảm, nhiệt độ của nước lạnh sẽ tăng. Trong trường hợp này, không có công nào được thực hiện, nhưng nội năng của nước nóng giảm, bằng chứng là nhiệt độ của nó giảm.

Vì lúc đầu nhiệt độ của nước nóng cao hơn nhiệt độ của nước lạnh nên nội năng của nước nóng lớn hơn. Điều này có nghĩa là các phân tử nước nóng có động năng lớn hơn các phân tử nước lạnh. Các phân tử nước nóng truyền năng lượng này sang các phân tử nước lạnh khi va chạm và động năng của các phân tử nước lạnh tăng lên. Động năng của các phân tử nước nóng giảm.

Trong ví dụ đang xét, công cơ học không được thực hiện; nội năng của vật thay đổi theo truyền nhiệt.

Truyền nhiệt là phương pháp làm thay đổi nội năng của cơ thể bằng cách truyền năng lượng từ bộ phận này sang bộ phận khác của cơ thể hoặc từ cơ thể này sang cơ thể khác mà không thực hiện công.

Phần 1

1. Nội năng của chất khí đựng trong bình kín có thể tích không đổi được xác định bằng

1) chuyển động hỗn loạn của các phân tử khí
2) chuyển động của toàn bộ tàu bằng khí
3) sự tương tác của tàu với khí và Trái đất
4) tác dụng của ngoại lực lên bình chứa khí

2. Nội năng của cơ thể phụ thuộc vào

A) trọng lượng cơ thể
B) vị trí của vật thể so với bề mặt Trái đất
B) tốc độ chuyển động của cơ thể (khi không có ma sát)

Câu trả lời đúng

1) chỉ A
2) chỉ B
3) chỉ B
4) chỉ B và C

3. Nội năng của cơ thể không phụ thuộc vào

A) nhiệt độ cơ thể
B) trọng lượng cơ thể
B) vị trí của vật thể so với bề mặt Trái đất

Câu trả lời đúng

1) chỉ A
2) chỉ B
3) chỉ B
4) chỉ A và B

4. Nội năng của vật thay đổi như thế nào khi nóng lên?

1) tăng
2) giảm
3) đối với chất khí thì tăng, đối với chất rắn và chất lỏng thì không đổi
4) không thay đổi đối với chất khí, tăng đối với chất rắn và chất lỏng

5. Nội năng của một đồng tiền tăng lên nếu nó

1) đun nóng trong nước nóng
2) ngâm trong nước có cùng nhiệt độ
3) làm cho nó di chuyển với tốc độ nào đó
4) nâng lên trên bề mặt Trái đất

6. Một cốc nước đặt trên bàn trong phòng, một cốc nước khác có cùng khối lượng và cùng nhiệt độ đặt trên một kệ treo ở độ cao 80 cm so với bàn. Nội năng của cốc nước đặt trên bàn là

1) nội năng của nước trên thềm
2) thêm nội năng của nước trên kệ
3) nội năng của nước trên kệ ít hơn
4) bằng 0

7. Sau khi phần nóng được ngâm trong nước lạnh, năng lượng bên trong

1) cả phần và nước sẽ tăng
2) cả phần và nước sẽ giảm
3) các bộ phận sẽ giảm và nước sẽ tăng
4) phần sẽ tăng và nước sẽ giảm

8. Một cốc nước ở trên bàn trong phòng, và một cốc nước khác có cùng khối lượng và cùng nhiệt độ đang ở trong một chiếc máy bay đang bay với tốc độ 800 km/h. Nội năng của nước trong máy bay

1) bằng nội năng của nước trong phòng
2) nhiều năng lượng bên trong của nước trong phòng
3) ít năng lượng bên trong của nước trong phòng
4) bằng 0

9. Sau khi nước nóng được rót vào cốc đặt trên bàn, nội năng

1) cốc và nước tăng lên
2) cốc và nước giảm
3) cốc giảm và nước tăng
4) cốc tăng và nước giảm

10. Nhiệt độ cơ thể có thể tăng lên nếu

A. Hãy làm việc đó.
B. Cho anh ấy chút ấm áp.

Câu trả lời đúng

1) chỉ A
2) chỉ B
3) cả A và B
4) cả A và B

11. Quả bóng chì được làm lạnh trong tủ lạnh. Nội năng của quả bóng, khối lượng của nó và mật độ chất của quả bóng thay đổi như thế nào? Với mỗi đại lượng vật lý hãy xác định tính chất biến đổi tương ứng. Viết các số đã chọn cho từng đại lượng vật lý vào bảng. Các con số trong câu trả lời có thể được lặp lại.

SỐ LƯỢNG VẬT LÝ
A) nội năng
B) khối lượng
B) mật độ

BẢN CHẤT CỦA THAY ĐỔI
1) tăng
2) giảm
3) không thay đổi

12. Không khí được bơm vào chai, đậy kín bằng nút chai. Đến một lúc nào đó nút chai bay ra khỏi chai. Điều gì xảy ra với thể tích không khí, nội năng và nhiệt độ của nó? Với mỗi đại lượng vật lý, hãy xác định tính chất biến đổi của nó. Viết các số đã chọn cho từng đại lượng vật lý vào bảng. Các con số trong câu trả lời có thể được lặp lại.

SỐ LƯỢNG VẬT LÝ
A) khối lượng
B) nội năng
B) nhiệt độ

BẢN CHẤT CỦA THAY ĐỔI
1) tăng
2) giảm
3) không thay đổi

câu trả lời

Vì vậy, bằng cách thay đổi nhiệt độ của cơ thể, chúng ta thay đổi năng lượng bên trong của cơ thể. Khi vật nóng lên thì nội năng tăng lên, khi nguội đi thì nội năng giảm đi.

Hãy làm một thí nghiệm. Chúng tôi gắn một ống đồng có thành mỏng vào giá đỡ. Đổ một ít ether vào đó và đóng chặt bằng nút chai. Bây giờ chúng ta hãy quấn một sợi dây quanh ống và bắt đầu chà xát ống đó, nhanh chóng kéo nó vào sợi dây theo hướng này hay hướng khác. Sau một thời gian, nội năng của ống chứa ete sẽ tăng lên nhiều đến mức ete sẽ sôi và hơi nước sinh ra sẽ đẩy phích cắm ra ngoài (Hình 60).

Kinh nghiệm này cho thấy rằng Nội năng của một vật có thể bị thay đổi bằng cách thực hiện công lên vật đó, đặc biệt là do ma sát.

Bằng cách thay đổi nội năng của một miếng gỗ thông qua ma sát, tổ tiên chúng ta đã tạo ra lửa. Nhiệt độ bắt lửa của gỗ là 250°C. Vì vậy, để tạo ra lửa, bạn cần chà xát miếng gỗ này với miếng gỗ khác cho đến khi nhiệt độ của chúng đạt đến giá trị này. Có dễ không? Khi các anh hùng trong tiểu thuyết “Đảo bí ẩn” của Jules Verne cố gắng tạo ra lửa theo cách này, họ đã không thành công.

“Nếu năng lượng mà Neb và Pencroff tiêu tốn có thể chuyển hóa thành nhiệt, nó có thể đủ để làm nóng nồi hơi của một chiếc tàu hơi nước đi biển. Tuy nhiên, kết quả của những nỗ lực của họ là con số không. nhưng ít hơn nhiều so với chính những người tham gia hoạt động này.

Sau một giờ làm việc, Pencroft ướt đẫm mồ hôi, bực tức ném những mảnh gỗ đi và nói:
- Đừng nói với tôi là người man rợ đốt lửa theo cách này nhé! Tôi thà tin rằng trời có tuyết vào mùa hè. Có lẽ sẽ dễ dàng hơn để thắp sáng lòng bàn tay của bạn bằng cách cọ xát chúng với nhau.”

Lý do thất bại của họ là vì lửa phải được tạo ra không chỉ bằng cách chà xát miếng gỗ này với miếng gỗ khác mà bằng cách dùng que nhọn khoan vào tấm ván (Hình 61). Sau đó, với một số kỹ năng, bạn có thể tăng nhiệt độ trong tổ đũa lên 20°C trong 1 giây. Và để đưa que củi cháy chỉ mất 250/20 = 12,5 giây!

Nhiều người ở thời đại chúng ta “tạo ra” lửa bằng cách ma sát - cọ xát diêm vào bao diêm. Các trận đấu đã xuất hiện cách đây bao lâu? Việc sản xuất diêm (phốt pho) đầu tiên bắt đầu vào những năm 30. thế kỷ 19 Phốt pho bốc cháy ở nhiệt độ khá thấp - chỉ lên tới 60 ° C. Do đó, để thắp sáng que diêm phốt pho, chỉ cần đánh nó trên hầu hết mọi bề mặt (từ bức tường gần nhất đến đỉnh ủng) là đủ. Tuy nhiên, những que diêm này rất nguy hiểm: chúng có chất độc và do dễ cháy nên thường gây ra hỏa hoạn. Diêm an toàn (mà chúng ta vẫn sử dụng ngày nay) được phát minh vào năm 1855 ở Thụy Điển (do đó có tên là "diêm Thụy Điển"). Phốt pho trong các diêm này được thay thế bằng các chất dễ cháy khác.

Vì vậy, bằng ma sát, bạn có thể làm tăng nhiệt độ của một chất. Làm việc trên cơ thể(ví dụ, dùng búa đập vào một miếng chì, uốn cong và không uốn cong một sợi dây, di chuyển một vật này lên bề mặt của một vật khác hoặc nén khí chứa trong xi lanh bằng pít-tông), chúng ta tăng năng lượng bên trong của nó. Nếu cơ thể tự mình làm việc" (do nội năng) nên nội năng của cơ thể giảm đi và cơ thể nguội đi.

Chúng ta hãy quan sát điều này bằng thực nghiệm. Lấy một bình thủy tinh có thành dày và đậy chặt bằng nút cao su có lỗ. Qua lỗ này, sử dụng máy bơm, chúng ta sẽ bắt đầu bơm không khí vào tàu. Sau một thời gian, nút chai sẽ bay ra khỏi bình một cách ồn ào và sương mù sẽ xuất hiện trong chính bình (Hình 62). Sự xuất hiện của sương mù có nghĩa là không khí trong tàu trở nên lạnh hơn và do đó năng lượng bên trong của nó giảm đi. Điều này được giải thích là do khí nén trong bình khi đẩy phích cắm ra đã hoạt động bằng cách giảm năng lượng bên trong của nó. Do đó, nhiệt độ không khí giảm xuống.

Năng lượng bên trong của cơ thể có thể được thay đổi mà không cần thực hiện công việc. Ví dụ, nó có thể tăng lên bằng cách đun nóng ấm nước trên bếp hoặc hạ thìa vào ly trà nóng. Lò sưởi trong đó ngọn lửa được đốt lên, mái nhà được chiếu sáng bởi mặt trời, v.v., được làm nóng. Nhiệt độ của vật thể tăng lên trong tất cả các trường hợp này có nghĩa là nội năng của chúng tăng lên, nhưng sự gia tăng này xảy ra mà không sinh công. .

Sự thay đổi nội năng của một vật mà không thực hiện công gọi là trao đổi nhiệt. Trao đổi nhiệt xảy ra giữa các vật thể (hoặc các bộ phận của cùng một vật thể) có nhiệt độ khác nhau.

Ví dụ, làm thế nào sự truyền nhiệt xảy ra khi một chiếc thìa lạnh tiếp xúc với nước nóng? Đầu tiên, tốc độ trung bình và động năng của các phân tử nước nóng vượt quá tốc độ và động năng trung bình của các hạt kim loại mà từ đó chiếc thìa được tạo ra. Nhưng ở những nơi thìa tiếp xúc với nước, các phân tử nước nóng bắt đầu truyền một phần động năng của chúng sang các hạt của thìa và chúng bắt đầu chuyển động nhanh hơn. Động năng của các phân tử nước giảm và động năng của các hạt thìa tăng. Cùng với năng lượng, nhiệt độ cũng thay đổi: nước nguội dần và chiếc thìa nóng lên. Nhiệt độ của chúng thay đổi cho đến khi nhiệt độ ở cả nước và thìa đều bằng nhau.

Một phần năng lượng bên trong được truyền từ vật này sang vật khác trong quá trình trao đổi nhiệt được ký hiệu bằng chữ cái và gọi là lượng nhiệt.
Q là lượng nhiệt.

Lượng nhiệt không nên nhầm lẫn với nhiệt độ. Nhiệt độ được đo bằng độ và lượng nhiệt (giống như bất kỳ năng lượng nào khác) được đo bằng joules.

Khi các vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau, vật nóng hơn sẽ tỏa ra một phần nhiệt và vật lạnh hơn sẽ nhận được nhiệt.

Vì vậy, có hai cách để thay đổi nội năng: 1) đang làm việc và 2) trao đổi nhiệt. Khi thực hiện phương pháp đầu tiên, năng lượng bên trong của cơ thể thay đổi theo lượng công thực hiện A và khi thực hiện phương pháp thứ hai - một lượng bằng lượng nhiệt truyền Q

Điều thú vị là cả hai phương pháp được xem xét đều có thể dẫn đến kết quả giống hệt nhau. Do đó, không thể xác định kết quả cuối cùng đã đạt được bằng phương pháp nào trong số những phương pháp này. Vì vậy, lấy một chiếc kim đan bằng thép đã được làm nóng ra khỏi bàn, chúng ta sẽ không thể biết nó được làm nóng như thế nào - do ma sát hoặc tiếp xúc với vật nóng. Về nguyên tắc, nó có thể là cái này hoặc cái khác.

1. Kể tên hai cách làm biến đổi nội năng của cơ thể. 2. Cho ví dụ về việc tăng nội năng của một vật bằng cách thực hiện công lên nó. 3. Cho ví dụ về sự tăng giảm nội năng của vật do trao đổi nhiệt. 4. Lượng nhiệt là bao nhiêu? Nó được chỉ định như thế nào? 5. Lượng nhiệt được đo bằng đơn vị nào? 6. Bạn có thể tạo ra lửa bằng những cách nào? 7. Việc sản xuất diêm bắt đầu từ khi nào?

Nhấn một đồng xu hoặc một mảnh giấy bạc lên một tấm bìa cứng hoặc một miếng gỗ. Đầu tiên thực hiện 10, rồi 20, v.v. chuyển động theo hướng này hay hướng khác, hãy chú ý điều gì xảy ra với nhiệt độ của các vật trong quá trình ma sát. Sự thay đổi nội năng của cơ thể phụ thuộc vào khối lượng công thực hiện như thế nào?

Gửi bởi độc giả từ các trang Internet

Ấn phẩm điện tử miễn phí, thư viện vật lý, bài học vật lý, chương trình vật lý, ghi chú bài học vật lý, sách giáo khoa vật lý, bài tập làm sẵn

Nội dung bài học ghi chú bài học hỗ trợ phương pháp tăng tốc trình bày bài học khung công nghệ tương tác Luyện tập nhiệm vụ và bài tập tự kiểm tra hội thảo, đào tạo, tình huống, nhiệm vụ bài tập về nhà thảo luận câu hỏi câu hỏi tu từ của học sinh Minh họa âm thanh, video clip và đa phương tiện hình ảnh, hình ảnh, đồ họa, bảng biểu, sơ đồ, hài hước, giai thoại, truyện cười, truyện tranh, ngụ ngôn, câu nói, ô chữ, trích dẫn Tiện ích bổ sung tóm tắt bài viết thủ thuật cho trẻ tò mò sách giáo khoa từ điển cơ bản và bổ sung các thuật ngữ khác Cải thiện sách giáo khoa và bài họcsửa lỗi trong sách giáo khoa cập nhật một đoạn trong sách giáo khoa, những yếu tố đổi mới trong bài, thay thế kiến thức cũ bằng kiến thức mới Chỉ dành cho giáo viên bài học hoàn hảo kế hoạch lịch trong năm; các khuyến nghị về phương pháp luận; Bài học tích hợp

Làm thế nào để thay đổi năng lượng cơ học của cơ thể? Vâng, rất đơn giản. Thay đổi vị trí của nó hoặc tăng tốc nó. Ví dụ, đá một quả bóng hoặc nhấc nó lên cao hơn khỏi mặt đất.

Trong trường hợp đầu tiên, chúng ta sẽ thay đổi động năng của nó, trong trường hợp thứ hai là thế năng. Còn nội năng thì sao? Làm thế nào để thay đổi năng lượng bên trong cơ thể? Đầu tiên, chúng ta hãy tìm hiểu nó là gì. Nội năng là động năng và thế năng của các hạt - đây là năng lượng chuyển động của chúng. Và tốc độ di chuyển của chúng, như đã biết, phụ thuộc vào nhiệt độ. Nghĩa là, kết luận hợp lý là bằng cách tăng nhiệt độ cơ thể, chúng ta sẽ tăng năng lượng bên trong của nó. Cách dễ nhất để tăng nhiệt độ cơ thể là thông qua trao đổi nhiệt. Khi các vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau, vật lạnh hơn sẽ nóng lên và làm vật ấm hơn phải trả giá. Trong trường hợp này, vật ấm hơn sẽ nguội đi.

Một ví dụ đơn giản hàng ngày: một chiếc thìa lạnh đặt trong tách trà nóng nóng lên rất nhanh, trong khi trà nguội đi một chút. Có thể tăng nhiệt độ cơ thể theo những cách khác. Tất cả chúng ta phải làm gì khi mặt hoặc tay bị lạnh khi ra ngoài? Chúng tôi ba người họ. Khi các vật cọ xát, chúng nóng lên. Ngoài ra, các vật thể nóng lên khi chịu tác động, áp suất, hay nói cách khác là khi tương tác. Mọi người đều biết lửa được tạo ra như thế nào vào thời cổ đại - bằng cách cọ xát các mảnh gỗ vào nhau hoặc bằng cách đập đá lửa vào một hòn đá khác. Cũng ở thời đại chúng ta, bật lửa silicon sử dụng lực ma sát của một thanh kim loại với đá lửa.

Cho đến nay chúng ta vẫn đang nói về việc thay đổi nội năng bằng cách thay đổi động năng của các hạt cấu thành nó. Thế còn thế năng của chính những hạt này thì sao? Như đã biết, thế năng của hạt là năng lượng ở vị trí tương đối của chúng. Vì vậy, để thay đổi thế năng của các hạt trong cơ thể, chúng ta cần làm biến dạng cơ thể: nén, xoắn, v.v., tức là thay đổi vị trí của các hạt so với nhau. Điều này đạt được bằng cách tác động lên cơ thể. Chúng ta thay đổi tốc độ của từng bộ phận cơ thể, nghĩa là chúng ta thực hiện công việc trên đó.

Như vậy, mọi trường hợp tác động lên cơ thể nhằm thay đổi năng lượng bên trong của nó đều đạt được theo hai cách. Hoặc bằng cách truyền nhiệt cho nó, tức là truyền nhiệt, hoặc bằng cách thay đổi tốc độ của các hạt của nó, tức là thực hiện công lên cơ thể.

Ví dụ về sự thay đổi năng lượng bên trong- đây gần như là tất cả các quá trình xảy ra trên thế giới. Năng lượng bên trong của các hạt không thay đổi trong trường hợp hoàn toàn không có gì xảy ra với cơ thể, điều mà bạn thấy là cực kỳ hiếm - định luật bảo toàn năng lượng đang có hiệu lực. Có điều gì đó đang xảy ra xung quanh chúng ta mọi lúc. Ngay cả với những vật thể thoạt nhìn không có gì xảy ra, trên thực tế vẫn xảy ra nhiều thay đổi mà chúng ta không thể nhìn thấy: những thay đổi nhỏ về nhiệt độ, biến dạng nhẹ, v.v. Chiếc ghế uốn cong dưới sức nặng của chúng ta, nhiệt độ của cuốn sách trên kệ thay đổi nhẹ theo từng chuyển động của không khí, chưa kể những luồng gió lùa. Chà, đối với các cơ thể sống, không cần phải nói thì rõ ràng có điều gì đó đang diễn ra bên trong chúng mọi lúc, và năng lượng bên trong hầu như thay đổi vào mọi thời điểm.

Năng lượng bên trong có thể được thay đổi theo hai cách.

Nếu công được thực hiện trên một vật thì năng lượng bên trong của vật đó sẽ tăng lên.

Năng lượng bên trong cơ thể(ký hiệu là E hoặc U) là tổng năng lượng của các tương tác phân tử và chuyển động nhiệt của phân tử. Năng lượng bên trong là một chức năng duy nhất của trạng thái của hệ thống. Điều này có nghĩa là bất cứ khi nào một hệ thống ở một trạng thái nhất định, nội năng của nó sẽ mang giá trị vốn có ở trạng thái này, bất kể lịch sử trước đó của hệ thống. Do đó, sự thay đổi năng lượng bên trong trong quá trình chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác sẽ luôn bằng chênh lệch giữa các giá trị của nó ở trạng thái cuối cùng và trạng thái ban đầu, bất kể con đường mà quá trình chuyển đổi diễn ra.

Năng lượng bên trong của cơ thể không thể đo được trực tiếp. Bạn chỉ có thể xác định sự thay đổi năng lượng bên trong:

Công thức này là biểu thức toán học của định luật nhiệt động lực học thứ nhất

Đối với các quá trình bán tĩnh, mối quan hệ sau được giữ:

Nhiệt độ đo bằng kelvin

Entropy đo bằng joules/kelvin

Áp suất đo bằng pascal

Tiềm năng hóa học

Số lượng hạt trong hệ thống

Nhiệt cháy của nhiên liệu. Nhiên liệu có điều kiện. Lượng không khí cần thiết để đốt cháy nhiên liệu.

Chất lượng của nhiên liệu được đánh giá bằng nhiệt trị của nó. Để mô tả đặc tính của nhiên liệu rắn và lỏng, nhiệt dung riêng của quá trình đốt cháy được sử dụng, là lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng (kJ/kg). Đối với nhiên liệu khí, chỉ báo giá trị nhiệt lượng thể tích được sử dụng, là lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình đốt cháy một đơn vị thể tích (kJ/m3). Ngoài ra, nhiên liệu khí trong một số trường hợp được đánh giá bằng lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình đốt cháy hoàn toàn một mol khí (kJ/mol).

Nhiệt lượng của quá trình đốt cháy được xác định không chỉ về mặt lý thuyết mà còn về mặt thực nghiệm bằng cách đốt một lượng nhiên liệu nhất định trong các thiết bị đặc biệt gọi là nhiệt lượng kế. Nhiệt đốt cháy được ước tính bằng sự tăng nhiệt độ nước trong máy đo màu. Kết quả thu được bằng phương pháp này gần với giá trị tính toán từ thành phần nguyên tố của nhiên liệu.

Câu hỏi 14Sự thay đổi nội năng trong quá trình sưởi ấm và làm mát. Công của chất khí khi thể tích thay đổi.

Nội năng của cơ thể phụ thuộc vào động năng trung bình của các phân tử của nó, và năng lượng này lại phụ thuộc vào nhiệt độ. Do đó, bằng cách thay đổi nhiệt độ của cơ thể, chúng ta thay đổi nội năng của nó. Khi cơ thể nóng lên, nội năng của nó tăng lên và khi nguội đi, nó giảm đi.

Thay đổi nội năng vật không thực hiện công gọi là sự truyền nhiệt. Trao đổi nhiệt xảy ra giữa các vật thể (hoặc các bộ phận của cùng một vật thể) có nhiệt độ khác nhau.

Một phần năng lượng bên trong được truyền từ vật này sang vật khác trong quá trình trao đổi nhiệt được ký hiệu bằng một chữ cái và gọi là lượng nhiệt.

Q là lượng nhiệt.

Khi các vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau, vật nóng hơn sẽ tỏa ra một phần nhiệt và vật lạnh hơn sẽ nhận được nhiệt.

Làm việc dưới sự giãn nở đẳng áp của khí. Một trong những quá trình nhiệt động chính xảy ra ở hầu hết các động cơ nhiệt là quá trình giãn nở của khí kèm theo hiệu suất công. Dễ dàng xác định được công thực hiện trong quá trình giãn nở đẳng áp của một chất khí.

Nếu, trong quá trình giãn nở đẳng áp của một chất khí từ thể tích V1 đến thể tích V2, pít-tông trong xi-lanh di chuyển một đoạn l (Hình 106), thì công A" do khí thực hiện bằng

Trong đó p là áp suất khí và là sự thay đổi thể tích của nó.

Làm việc với một quá trình giãn nở khí tùy ý. Một quá trình giãn nở khí tùy ý từ thể tích V1 đến thể tích V2 có thể được biểu diễn dưới dạng một tập hợp các quá trình đẳng áp và đẳng tích xen kẽ.

Làm việc dưới sự giãn nở khí đẳng nhiệt. So sánh diện tích của các hình dưới phần đẳng nhiệt và đẳng áp, chúng ta có thể kết luận rằng sự giãn nở của khí từ thể tích V1 đến thể tích V2 ở cùng một giá trị áp suất khí ban đầu đi kèm với trường hợp giãn nở đẳng áp bằng cách thực hiện nhiều công hơn.

Làm việc trong quá trình nén khí. Khi một chất khí giãn nở, hướng của vectơ lực áp suất của chất khí trùng với hướng của vectơ dịch chuyển, do đó công A" do chất khí thực hiện là dương (A" > 0), và công A của ngoại lực là âm: A = -A"< 0.

Khi khí bị nén hướng của vectơ ngoại lực trùng với hướng dịch chuyển nên công A của ngoại lực là dương (A > 0), công A" do khí thực hiện là âm (A"< 0).

Quá trình đoạn nhiệt. Ngoài các quá trình đẳng áp, đẳng tích và đẳng nhiệt, các quá trình đoạn nhiệt thường được xem xét trong nhiệt động lực học.

Quá trình đoạn nhiệt là quá trình xảy ra trong hệ nhiệt động trong trường hợp không có sự trao đổi nhiệt với các vật thể xung quanh, tức là trong điều kiện Q = 0.

Câu hỏi 15 Điều kiện để cơ thể cân bằng. Khoảnh khắc quyền lực. Các loại cân bằng.

Sự cân bằng hoặc cân bằng của một số hiện tượng liên quan nhất định trong khoa học tự nhiên và con người.

Một hệ thống được coi là ở trạng thái cân bằng nếu tất cả các tác động lên hệ thống này được bù đắp bởi những tác động khác hoặc hoàn toàn không có. Một khái niệm tương tự là tính bền vững. Trạng thái cân bằng có thể ổn định, không ổn định hoặc thờ ơ.

Ví dụ điển hình về trạng thái cân bằng:

1. Cân bằng cơ học hay còn gọi là cân bằng tĩnh là trạng thái của một vật đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều trong đó tổng các lực và mômen tác dụng lên nó bằng 0.

2. Cân bằng hóa học - trạng thái trong đó phản ứng hóa học diễn ra ở cùng mức độ với phản ứng nghịch và kết quả là không có sự thay đổi về lượng của từng thành phần.

3. Sự cân bằng vật lý của con người và động vật, được duy trì bằng sự hiểu biết về sự cần thiết của nó và, trong một số trường hợp, bằng cách duy trì sự cân bằng này một cách nhân tạo [nguồn không nêu rõ 948 ngày].

4. Cân bằng nhiệt động là trạng thái của một hệ trong đó các quá trình bên trong của nó không dẫn đến sự thay đổi các thông số vĩ mô (như nhiệt độ và áp suất).

Rđẳng thức bằng 0 của một tổng đại số khoảnh khắc mạnh mẽ không có nghĩa là cơ thể nhất thiết phải ở trạng thái nghỉ ngơi. Trong vài tỷ năm, Trái đất quay quanh trục của nó tiếp tục với một chu kỳ không đổi chính xác là do tổng đại số các mô men của các lực tác dụng lên Trái đất từ các vật thể khác là rất nhỏ. Vì lý do tương tự, một bánh xe đạp đang quay tiếp tục quay với tần số không đổi và chỉ có ngoại lực mới dừng được chuyển động quay này.

Các loại cân bằng. Trong thực tế, một vai trò quan trọng không chỉ đóng vai trò đáp ứng điều kiện cân bằng của các vật thể mà còn bởi đặc tính định tính của trạng thái cân bằng, được gọi là tính ổn định. Có ba loại trạng thái cân bằng của cơ thể: ổn định, không ổn định và thờ ơ. Trạng thái cân bằng được gọi là ổn định nếu sau những tác động nhỏ từ bên ngoài, cơ thể trở lại trạng thái cân bằng ban đầu. Điều này xảy ra nếu, với một sự dịch chuyển nhỏ của vật theo bất kỳ hướng nào so với vị trí ban đầu, hợp lực của các lực tác dụng lên vật trở nên khác 0 và hướng về vị trí cân bằng. Ví dụ, một quả bóng ở trạng thái cân bằng ổn định ở đáy hốc.

Điều kiện chung để cơ thể cân bằng. Kết hợp hai kết luận trên, chúng ta có thể xây dựng một điều kiện chung cho sự cân bằng của một vật: một vật ở trạng thái cân bằng nếu tổng hình học của các vectơ của tất cả các lực tác dụng lên nó và tổng đại số mômen của các lực này đối với trục số vòng quay đều bằng không.

Câu hỏi 16Sự bay hơi và ngưng tụ. Bay hơi. Chất lỏng sôi. Sự phụ thuộc của chất lỏng sôi vào áp suất.

Sự bay hơi - tính chất của chất lỏng dạng giọt là thay đổi trạng thái kết tụ và biến thành hơi. Sự hình thành hơi chỉ xảy ra trên bề mặt của chất lỏng nhỏ giọt được gọi là sự bay hơi. Sự bay hơi trong toàn bộ thể tích chất lỏng được gọi là sôi; nó xảy ra ở một nhiệt độ nhất định tùy thuộc vào áp suất. Áp suất mà chất lỏng sôi ở nhiệt độ nhất định được gọi là áp suất hơi bão hòa pnp, giá trị của nó phụ thuộc vào loại chất lỏng và nhiệt độ của nó.

Bay hơi- quá trình chuyển một chất từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí (hơi nước). Quá trình bay hơi là sự đảo ngược của quá trình ngưng tụ (chuyển từ trạng thái hơi sang trạng thái lỏng. Bay hơi (bay hơi), sự chuyển một chất từ pha ngưng tụ (rắn hoặc lỏng) sang khí (hơi); bậc nhất chuyển pha.

Sự ngưng tụ -Đây là quá trình bay hơi ngược. Trong quá trình ngưng tụ, các phân tử hơi trở lại chất lỏng. Trong một bình kín, chất lỏng và hơi của nó có thể ở trạng thái cân bằng động khi số lượng phân tử rời khỏi chất lỏng bằng số lượng phân tử trở về chất lỏng từ hơi, nghĩa là khi tốc độ bay hơi và ngưng tụ là như nhau. Một hệ thống như vậy được gọi là hai pha. Hơi ở trạng thái cân bằng với chất lỏng của nó được gọi là bão hòa. Số lượng phân tử phát ra từ một đơn vị diện tích bề mặt của chất lỏng trong một giây phụ thuộc vào nhiệt độ của chất lỏng. Số lượng phân tử chuyển từ dạng hơi sang dạng lỏng phụ thuộc vào nồng độ của các phân tử hơi và tốc độ chuyển động nhiệt trung bình của chúng, được xác định bởi nhiệt độ của hơi.

Đun sôi- quá trình hóa hơi trong chất lỏng (chuyển một chất từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí), với sự xuất hiện của ranh giới phân tách pha. Điểm sôi ở áp suất khí quyển thường được coi là một trong những đặc tính hóa lý chính của một chất tinh khiết về mặt hóa học.

Đun sôi được phân biệt theo loại:

1. sôi với đối lưu tự do với thể tích lớn;

2. sôi dưới sự đối lưu cưỡng bức;

3. cũng như liên quan đến nhiệt độ trung bình của chất lỏng đến nhiệt độ bão hòa:

4. sôi của chất lỏng được làm nóng đến nhiệt độ bão hòa (sôi bề mặt);

5. sôi của chất lỏng được làm nóng đến nhiệt độ bão hòa

bong bóng

Đun sôi , trong đó hơi nước được hình thành dưới dạng tạo mầm và tạo bọt theo chu kỳ được gọi là sôi tạo mầm. Khi hạt nhân sôi chậm, các bong bóng chứa đầy hơi nước sẽ xuất hiện trong chất lỏng (chính xác hơn là thường ở trên thành hoặc đáy bình). Do sự bay hơi mạnh mẽ của chất lỏng bên trong bong bóng, chúng phát triển, nổi lên và hơi nước được giải phóng thành pha hơi phía trên chất lỏng. Trong trường hợp này, ở lớp gần thành chất lỏng ở trạng thái hơi quá nóng, tức là nhiệt độ của nó vượt quá điểm sôi danh nghĩa. Trong điều kiện bình thường, sự khác biệt này là nhỏ (khoảng một độ).

Phim ảnh

Khi dòng nhiệt tăng đến một giá trị tới hạn nhất định, các bong bóng riêng lẻ hợp nhất lại, tạo thành một lớp hơi liên tục gần thành bình, lớp này định kỳ xâm nhập vào thể tích chất lỏng. Chế độ này được gọi là chế độ phim.

©2015-2019 trang web
Tất cả các quyền thuộc về tác giả của họ. Trang web này không yêu cầu quyền tác giả nhưng cung cấp quyền sử dụng miễn phí.
Ngày tạo trang: 20-08-2016

Năng lượng bên trong có thể được thay đổi theo hai cách.

Nếu công được thực hiện trên một vật thì năng lượng bên trong của vật đó sẽ tăng lên.

Nếu cơ thể tự thực hiện công thì nội năng của nó sẽ giảm.

Có ba loại truyền nhiệt đơn giản (cơ bản):

Độ dẫn nhiệt

đối lưu

Đối lưu là hiện tượng truyền nhiệt trong chất lỏng hoặc chất khí hoặc môi trường dạng hạt bằng dòng vật chất. Có một cái gọi là đối lưu tự nhiên, xảy ra tự phát trong một chất khi nó bị nung nóng không đều trong trường hấp dẫn. Với sự đối lưu như vậy, các lớp bên dưới của chất nóng lên, trở nên nhẹ hơn và nổi lên, còn các lớp trên thì ngược lại, nguội đi, trở nên nặng hơn và chìm xuống, sau đó quá trình được lặp đi lặp lại.

Bức xạ nhiệt hay bức xạ là sự truyền năng lượng từ cơ thể này sang cơ thể khác dưới dạng sóng điện từ do năng lượng nhiệt của chúng.

Nội năng của khí lý tưởng

Dựa trên định nghĩa về khí lý tưởng, nó không có thành phần nội năng (không có lực tương tác phân tử, ngoại trừ lực sốc). Như vậy, nội năng của khí lý tưởng chỉ biểu thị động năng chuyển động của các phân tử của nó. Trước đây (phương trình 2.10) người ta đã chứng minh rằng động năng của chuyển động tịnh tiến của các phân tử khí tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó.

Sử dụng biểu thức của hằng số khí phổ quát (4.6), chúng ta có thể xác định giá trị của hằng số α.

Như vậy, động năng của chuyển động tịnh tiến của một phân tử khí lý tưởng sẽ được xác định bằng biểu thức.

Theo lý thuyết động học, sự phân bố năng lượng theo bậc tự do là đồng đều. Chuyển động tịnh tiến có 3 bậc tự do. Do đó, một bậc tự do chuyển động của phân tử khí sẽ chiếm 1/3 động năng của nó.

Đối với các phân tử khí hai, ba và nhiều nguyên tử, ngoài bậc tự do chuyển động tịnh tiến còn có bậc tự do chuyển động quay của phân tử. Đối với các phân tử khí hai nguyên tử, số bậc tự do chuyển động quay là 2, đối với ba và phân tử đa nguyên tử - 3.

Vì sự phân bố năng lượng chuyển động của một phân tử trên mọi bậc tự do là đồng nhất và số lượng phân tử trong một kilomol khí bằng Nμ, nên nội năng của một kilomol khí lý tưởng có thể thu được bằng cách nhân biểu thức (4.11) bằng số lượng phân tử trong một kilomol và bằng số bậc tự do chuyển động của phân tử của một loại khí nhất định.

trong đó Uμ là nội năng của một kilomol khí tính bằng J/kmol, i là số bậc tự do chuyển động của một phân tử khí.

Đối với 1 - khí nguyên tử i = 3, đối với 2 - khí nguyên tử i = 5, đối với 3 - khí nguyên tử và đa nguyên tử i = 6.

Dòng điện. Điều kiện tồn tại của dòng điện. EMF. Định luật Ohm cho một mạch hoàn chỉnh. Công việc và dòng điện. Định luật Joule-Lenz.

Trong số các điều kiện cần thiết cho sự tồn tại của dòng điện có: sự có mặt của các điện tích tự do trong môi trường và sự tạo thành điện trường trong môi trường. Cần có điện trường trong môi trường để tạo ra chuyển động có hướng của các điện tích tự do. Như đã biết, điện tích q trong điện trường có cường độ E chịu tác dụng của một lực F = qE, lực này làm cho các điện tích tự do chuyển động theo hướng của điện trường. Dấu hiệu cho thấy sự tồn tại của điện trường trong vật dẫn là sự xuất hiện hiệu điện thế khác 0 giữa hai điểm bất kỳ của vật dẫn.

Tuy nhiên, lực điện không thể duy trì dòng điện trong thời gian dài. Sự chuyển động có hướng của các điện tích sau một thời gian dẫn đến sự cân bằng điện thế ở hai đầu dây dẫn và do đó làm mất đi điện trường trong nó. Để duy trì dòng điện trong mạch điện, các điện tích phải chịu tác dụng của các lực không có tính chất điện (ngoại lực) ngoài lực Coulomb. Một thiết bị tạo ra ngoại lực, duy trì sự chênh lệch điện thế trong mạch điện và chuyển đổi các dạng năng lượng khác nhau thành năng lượng điện được gọi là nguồn dòng điện.

Điều kiện tồn tại của dòng điện:

sự hiện diện của các nhà cung cấp dịch vụ miễn phí

· sự hiện diện của sự khác biệt tiềm năng. đây là điều kiện để xuất hiện dòng điện. để dòng điện tồn tại

· mạch kín

· là nguồn ngoại lực duy trì sự chênh lệch điện thế.

Bất kỳ lực nào tác dụng lên các hạt tích điện, ngoại trừ lực tĩnh điện (Coulomb), đều được gọi là ngoại lực.

Lực điện động.

Lực điện động (EMF) là một đại lượng vật lý vô hướng đặc trưng cho công của các lực bên ngoài (không có điện thế) trong các nguồn dòng điện một chiều hoặc xoay chiều. Trong một mạch dẫn kín, EMF bằng công của các lực này để di chuyển một điện tích dương dọc theo mạch.

Đơn vị của EMF, giống như điện áp, là volt. Chúng ta có thể nói về suất điện động ở bất kỳ phần nào của mạch điện. Sức điện động của một tế bào điện bằng về mặt số lượng với công của ngoại lực khi di chuyển một điện tích dương duy nhất bên trong phần tử từ cực âm sang cực dương của nó. Dấu hiệu của EMF được xác định tùy thuộc vào hướng đi vòng được chọn tùy ý của phần mạch nơi bật nguồn hiện tại.

Định luật Ohm cho một mạch hoàn chỉnh.

Xét mạch hoàn chỉnh đơn giản nhất gồm một nguồn dòng và một điện trở có điện trở R. Một nguồn dòng có suất điện động ε có điện trở r thì gọi là điện trở trong của nguồn dòng. Để có được định luật Ohm cho một mạch hoàn chỉnh, chúng ta sử dụng định luật bảo toàn năng lượng.

Cho một điện tích q chạy qua tiết diện dây dẫn trong khoảng thời gian Δt. Khi đó, theo công thức, công của các ngoại lực khi chuyển động một điện tích q bằng . Từ định nghĩa cường độ dòng điện ta có: q = IΔt. Kể từ đây, .

Do tác dụng của ngoại lực, khi dòng điện chạy qua mạch sẽ tỏa ra một lượng nhiệt ở phần ngoài và phần trong của mạch theo định luật Joule-Lenz bình đẳng:

Theo định luật bảo toàn năng lượng, A st = Q, do đó Do đó, sức điện động của nguồn dòng điện bằng tổng độ sụt áp ở phần bên ngoài và phần bên trong của mạch.