انرژی درونی تمام ذرات یک جسم با واحد اندازه گیری می شود. ترمودینامیک. انرژی درونی. نمونه هایی از حل مسئله

به گفته MKT، همه مواد از ذراتی تشکیل شده اند که در حرکت حرارتی مداوم هستند و با یکدیگر برهم کنش دارند. بنابراین حتی اگر جسم بی حرکت باشد و انرژی پتانسیل صفر داشته باشد، دارای انرژی (انرژی درونی) است که کل انرژی حرکت و برهم کنش ریزذرات تشکیل دهنده بدن است. انرژی داخلی شامل:

1. انرژی جنبشی حرکت انتقالی، چرخشی و ارتعاشی مولکول ها؛
2. انرژی پتانسیل برهمکنش اتم ها و مولکول ها؛
3. انرژی درون اتمی و درون هسته ای

در ترمودینامیک، فرآیندهایی در دماهایی در نظر گرفته می شوند که در آن حرکت ارتعاشی اتم ها در مولکول ها برانگیخته نمی شود، به عنوان مثال. در دماهای بیش از 1000 K. در این فرآیندها، تنها دو جزء اول انرژی داخلی تغییر می کند. از همین رو

زیر انرژی درونیدر ترمودینامیک ما مجموع انرژی جنبشی همه مولکول ها و اتم های یک جسم و انرژی پتانسیل برهمکنش آنها را درک می کنیم.

انرژی درونی یک جسم، حالت حرارتی آن را تعیین می کند و در طی انتقال از یک حالت به حالت دیگر تغییر می کند. در یک حالت معین، بدن انرژی درونی کاملاً مشخصی دارد، مستقل از فرآیندی که از طریق آن به این حالت منتقل شده است. بنابراین، انرژی درونی اغلب نامیده می شود عملکرد وضعیت بدن.

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T,\)

جایی که من- میزان آزادی. برای گازهای تک اتمی (مانند گازهای نجیب) من= 3، برای دیاتومیک - من = 5.

از این فرمول ها مشخص می شود که انرژی داخلی یک گاز ایده آل فقط به دما و تعداد مولکول ها بستگی داردو به حجم و فشار بستگی ندارد. بنابراین، تغییر در انرژی داخلی یک گاز ایده آل تنها با تغییر دمای آن تعیین می شود و به ماهیت فرآیندی که در آن گاز از یک حالت به حالت دیگر منتقل می شود، بستگی ندارد:

\(~\Delta U = U_2 - U_1 = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac(m)(M) \cdot R \cdot \Delta T ,\)

جایی که Δ تی = تی 2 - تی 1 .

• مولکول های گازهای واقعی با یکدیگر برهم کنش دارند و بنابراین انرژی پتانسیل دارند دبلیو p، که به فاصله بین مولکول ها و بنابراین به حجم اشغال شده توسط گاز بستگی دارد. بنابراین، انرژی داخلی یک گاز واقعی به دما، حجم و ساختار مولکولی آن بستگی دارد.

*اشتقاق فرمول

میانگین انرژی جنبشی یک مولکول \(~\left\langle W_k \right\rangle = \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T\).

تعداد مولکول های گاز \(~N = \dfrac (m)(M) \cdot N_A\ است.

بنابراین انرژی داخلی یک گاز ایده آل است

\(~U = N \cdot \left\langle W_k \right\rangle = \dfrac (m)(M) \cdot N_A \cdot \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T .\)

با توجه به اینکه k⋅N A= آرثابت گاز جهانی است، ما داریم

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T\) - انرژی داخلی یک گاز ایده آل.

تغییر در انرژی درونی

برای حل مسائل عملی، این خود انرژی درونی نیست که نقش مهمی ایفا می کند، بلکه تغییر آن Δ است U = U 2 - U 1 . تغییر انرژی درونی بر اساس قوانین بقای انرژی محاسبه می شود.

انرژی درونی بدن به دو صورت تغییر می کند:

1. هنگام ارتکاب کارهای مکانیکی. الف) اگر یک نیروی خارجی باعث تغییر شکل جسمی شود، فواصل بین ذرات آن تغییر می کند و بنابراین انرژی پتانسیل برهمکنش ذرات تغییر می کند. در طول تغییر شکل های غیر کشسان، علاوه بر این، دمای بدن تغییر می کند، به عنوان مثال. انرژی جنبشی حرکت حرارتی ذرات تغییر می کند. اما وقتی جسمی تغییر شکل می‌دهد، کار انجام می‌شود که معیاری برای تغییر انرژی درونی بدن است. ب) انرژی درونی جسم نیز در هنگام برخورد غیر کشسان آن با جسم دیگر تغییر می کند. همانطور که قبلاً دیدیم، در هنگام برخورد غیرکشسانی اجسام، انرژی جنبشی آنها کاهش می یابد، به انرژی درونی تبدیل می شود (مثلاً اگر چند بار با چکش به سیمی که روی سندان افتاده است ضربه بزنید، سیم گرم می شود). اندازه گیری تغییر انرژی جنبشی یک جسم، طبق قضیه انرژی جنبشی، کار نیروهای فعال است. این کار همچنین می تواند به عنوان معیاری برای تغییرات انرژی درونی عمل کند. ج) تغییر در انرژی درونی جسم تحت تأثیر نیروی اصطکاک رخ می دهد، زیرا همانطور که از تجربه مشخص است، اصطکاک همیشه با تغییر دمای اجسام مالشی همراه است. کار انجام شده توسط نیروی اصطکاک می تواند به عنوان معیاری برای تغییر انرژی داخلی باشد.
2. با کمک تبادل حرارت. به عنوان مثال اگر جسمی در شعله مشعل قرار گیرد دمای آن تغییر می کند در نتیجه انرژی درونی آن نیز تغییر می کند. با این حال، هیچ کاری در اینجا انجام نشد، زیرا هیچ حرکت قابل مشاهده ای از خود بدن یا قسمت های آن وجود نداشت.

تغییر در انرژی داخلی یک سیستم بدون انجام کار نامیده می شود تبادل حرارت(انتقال حرارت).

سه نوع انتقال حرارت وجود دارد: هدایت، همرفت و تابش.

آ) رسانایی گرماییفرآیند تبادل حرارت بین اجسام (یا قسمت‌هایی از بدن) در طول تماس مستقیم آنها است که در اثر حرکت آشفته حرارتی ذرات بدن ایجاد می‌شود. هر چه دما بیشتر باشد، دامنه ارتعاشات مولکول های یک جسم جامد بیشتر است. رسانایی حرارتی گازها به دلیل تبادل انرژی بین مولکول های گاز در هنگام برخورد آنهاست. در مورد مایعات، هر دو مکانیسم کار می کنند. رسانایی حرارتی یک ماده در حالت جامد حداکثر و در حالت گاز حداقل است.

ب) همرفتنشان دهنده انتقال گرما توسط جریان های گرم مایع یا گاز از برخی مناطق از حجمی است که آنها اشغال می کنند به مناطق دیگر.

ج) تبادل حرارت در تابش - تشعشعاز راه دور از طریق امواج الکترومغناطیسی انجام می شود.

اجازه دهید روش های تغییر انرژی داخلی را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.

کارهای مکانیکی

هنگام در نظر گرفتن فرآیندهای ترمودینامیکی، حرکت مکانیکی ماکروبدی ها به عنوان یک کل در نظر گرفته نمی شود. مفهوم کار در اینجا با تغییر در حجم بدن همراه است، یعنی. حرکت بخش‌هایی از یک کلان بدن نسبت به یکدیگر. این فرآیند منجر به تغییر در فاصله بین ذرات و همچنین اغلب به تغییر در سرعت حرکت آنها و در نتیجه تغییر در انرژی داخلی بدن می شود.

فرآیند ایزوباریک

اجازه دهید ابتدا فرآیند همسانی را در نظر بگیریم. بگذارید گازی در سیلندر با پیستون متحرک در یک دما وجود داشته باشد تی 1 (شکل 1).

گاز را به آرامی تا دمایی گرم می کنیم تی 2. گاز به صورت ایزوبار منبسط می شود و پیستون از موقعیت حرکت می کند 1 به موقعیت 2 به فاصله Δ ل. نیروی فشار گاز روی اجسام خارجی کار خواهد کرد. زیرا پ= const، سپس نیروی فشار اف = p⋅Sهمچنین ثابت بنابراین با استفاده از فرمول می توان کار این نیرو را محاسبه کرد

\(~A = F \cdot \Delta l = p \cdot S \cdot \Delta l = p \cdot \Delta V،\)

جایی که Δ V- تغییر حجم گاز

• اگر حجم گاز تغییر نکند (فرایند ایزوکوریک)، کار انجام شده توسط گاز صفر می شود.

• گاز فقط در فرآیند تغییر حجم خود کار می کند.

هنگام گسترش (Δ V> 0) از گاز، کار مثبت انجام شده است ( آ> 0)؛ در طول فشرده سازی (Δ V < 0) газа совершается отрицательная работа (آ < 0).

• اگر کار نیروهای خارجی را در نظر بگیریم آ " (آ " = –آ، سپس با گسترش (Δ V> 0) گاز آ " < 0); при сжатии (ΔV < 0) آ " > 0.

اجازه دهید معادله کلاپیرون - مندلیف را برای دو حالت گازی بنویسیم:

\(~p \cdot V_1 = \nu \cdot R \cdot T_1, \; \; p \cdot V_2 = \nu \cdot R \cdot T_2,\)

\(~p \cdot (V_2 - V_1) = \nu \cdot R \cdot (T_2 - T_1) .\)

بنابراین، زمانی که فرآیند ایزوباریک

\(~A = \nu \cdot R \cdot \Delta T .\)

اگر ν = 1 مول، آنگاه در Δ Τ = 1 K ما آن را دریافت می کنیم آراز نظر عددی برابر است آ.

از این نتیجه می شود معنای فیزیکی ثابت گاز جهانی: از نظر عددی برابر است با کاری که 1 مول از گاز ایده آل انجام می دهد وقتی که به صورت ایزوبار 1 K گرم شود.

نه یک فرآیند ایزوباریک

روی نمودار پ (V) در فرآیند ایزوباریک، کار برابر با مساحت مستطیل سایه دار در شکل 2، الف است.

اگر روند ایزوباریک نیست(شکل 2، ب)، سپس منحنی تابع پ = f(V) را می توان به صورت یک خط شکسته متشکل از تعداد زیادی ایزوکور و ایزوبار نشان داد. کار بر روی مقاطع ایزوباریک صفر است و کل کار بر روی تمام مقاطع ایزوباریک برابر است با

\(~A = \lim_(\Delta V \to 0) \sum^n_(i=1) p_i \cdot \Delta V_i\)، یا \(~A = \int p(V) \cdot dV,\ )

آن ها برابر خواهد بود ناحیه شکل سایه دار.

در فرآیند همدما (تی= const) کار برابر است با مساحت شکل سایه دار نشان داده شده در شکل 2، ج.

تعیین کار با استفاده از آخرین فرمول فقط در صورتی امکان پذیر است که مشخص شود فشار گاز در هنگام تغییر حجم آن چگونه تغییر می کند، یعنی. شکل تابع مشخص است پ = f(V).

بنابراین، واضح است که حتی با تغییر یکسان در حجم گاز، کار به روش انتقال (یعنی به فرآیند: همدما، ایزوباریک...) از حالت اولیه گاز به نهایی بستگی دارد. حالت. بنابراین می توان نتیجه گرفت که

• کار در ترمودینامیک تابعی از فرآیند است نه تابع حالت.

مقدار گرما

همانطور که مشخص است، در طی فرآیندهای مکانیکی مختلف، تغییر در انرژی مکانیکی رخ می دهد دبلیو. معیار تغییر انرژی مکانیکی، نیروی اعمال شده به سیستم است:

\(~\Delta W = A.\)

در طول تبادل حرارت، تغییر در انرژی داخلی بدن رخ می دهد. معیار تغییر انرژی داخلی در طول انتقال حرارت، مقدار گرما است.

مقدار گرمااندازه گیری تغییر انرژی داخلی در طول انتقال حرارت است.

بنابراین، هم کار و هم مقدار گرما مشخص کننده تغییر انرژی هستند، اما با انرژی داخلی یکسان نیستند. آنها وضعیت خود سیستم را مشخص نمی کنند (همانطور که انرژی داخلی انجام می دهد)، اما فرآیند انتقال انرژی از یک نوع به دیگری (از یک بدن به بدن دیگر) را زمانی که حالت تغییر می کند و به طور قابل توجهی به ماهیت فرآیند بستگی دارد، تعیین می کند.

تفاوت اصلی کار و گرما در این است

• کار فرآیند تغییر انرژی داخلی یک سیستم را مشخص می کند که با تبدیل انرژی از یک نوع به نوع دیگر (از مکانیکی به داخلی) همراه است.
• مقدار گرما فرآیند انتقال انرژی داخلی از یک جسم به جسم دیگر (از گرمای بیشتر به گرمای کمتر) را مشخص می کند که با تبدیل انرژی همراه نیست.

گرمایش (سرمایش)

تجربه نشان می دهد که مقدار حرارت مورد نیاز برای گرم کردن یک توده بدن است مترروی دما تی 1 به دما تی 2، با فرمول محاسبه می شود

\(~Q = c \cdot m \cdot (T_2 - T_1) = c \cdot m \cdot \Delta T,\)

جایی که ج- ظرفیت گرمایی ویژه ماده (مقدار جدولی)؛

\(~c = \dfrac(Q)(m \cdot \Delta T).\)

واحد SI ظرفیت گرمایی ویژه ژول بر کیلوگرم کلوین (J/(kg K)) است.

گرمای خاص جاز نظر عددی برابر با مقدار گرمایی است که باید به جسمی با وزن 1 کیلوگرم داده شود تا آن را 1 کیلو گرم کند.

علاوه بر ظرفیت گرمایی ویژه، کمیتی مانند ظرفیت گرمایی بدن نیز در نظر گرفته می شود.

ظرفیت گرماییبدن سیاز نظر عددی برابر با مقدار گرمای مورد نیاز برای تغییر دمای بدن به میزان 1 K است:

\(~C = \dfrac(Q)(\Delta T) = c \cdot m.\)

واحد SI ظرفیت گرمایی یک جسم ژول بر کلوین (J/K) است.

تبخیر (تراکم)

برای تبدیل مایع به بخار در دمای ثابت، باید مقداری گرما صرف شود

\(~Q = L \cdot m،\)

جایی که L- گرمای ویژه تبخیر (مقدار جدولی). هنگامی که بخار متراکم می شود، همان مقدار گرما آزاد می شود.

واحد SI گرمای ویژه تبخیر ژول بر کیلوگرم (J/kg) است.

ذوب (کریستالیزاسیون)

به منظور ذوب یک بدن کریستالی وزن متردر نقطه ذوب، بدن نیاز به انتقال مقدار گرما دارد

\(~Q = \lambda \cdot m،\)

جایی که λ - گرمای ویژه همجوشی (مقدار جدولی). هنگامی که یک بدن متبلور می شود، همان مقدار گرما آزاد می شود.

واحد SI گرمای ویژه همجوشی ژول بر کیلوگرم (J/kg) است.

احتراق سوخت

مقدار گرمای آزاد شده در طی احتراق کامل توده ای از سوخت متر,

\(~Q = q \cdot m،\)

جایی که q- گرمای ویژه احتراق (مقدار جدولی).

واحد SI گرمای ویژه احتراق ژول بر کیلوگرم (J/kg) است.

ادبیات

Aksenovich L. A. فیزیک در دبیرستان: نظریه. وظایف. تست ها: کتاب درسی. کمک هزینه برای مؤسسات ارائه دهنده آموزش عمومی. محیط زیست، آموزش / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; اد. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - P. 129-133, 152-161.

متداول ترین سوالات

آیا می توان با توجه به نمونه ارائه شده روی سند مهر زد؟ پاسخ بله امکانش هست. یک کپی اسکن شده یا یک عکس با کیفیت خوب را به آدرس ایمیل ما بفرستید و ما کپی لازم را انجام خواهیم داد.

شما چه نوع پرداختی را قبول می کنید؟ پاسخ پس از بررسی صحت تکمیل و کیفیت اجرای مدرک می توانید هزینه سند را پس از دریافت توسط پیک پرداخت نمایید. این را می توان در دفتر شرکت های پستی که خدمات تحویل نقدی ارائه می دهند نیز انجام داد.
کلیه شرایط تحویل و پرداخت اسناد در بخش "پرداخت و تحویل" توضیح داده شده است. همچنین آماده شنیدن پیشنهادات شما در خصوص شرایط تحویل و پرداخت سند هستیم.

آیا می توانم مطمئن باشم که پس از ثبت سفارش با پول من ناپدید نمی شوید؟ پاسخ ما تجربه بسیار طولانی در زمینه تولید دیپلم داریم. ما چندین وب سایت داریم که دائما به روز می شوند. متخصصان ما در نقاط مختلف کشور کار می کنند و روزانه بیش از 10 سند تولید می کنند. در طول سال ها، اسناد ما به بسیاری از افراد کمک کرده است تا مشکلات شغلی را حل کنند یا به مشاغل پردرآمدتر بروند. ما اعتماد و شناخت را در بین مشتریان به دست آورده ایم، بنابراین هیچ دلیلی برای انجام این کار وجود ندارد. علاوه بر این، انجام این کار به صورت فیزیکی غیرممکن است: شما هزینه سفارش خود را در لحظه دریافت آن در دستان خود پرداخت می کنید، هیچ پیش پرداختی وجود ندارد.

آیا می توانم از هر دانشگاهی دیپلم سفارش دهم؟ پاسخ به طور کلی، بله. ما نزدیک به 12 سال است که در این زمینه کار می کنیم. در این مدت بانک اطلاعاتی تقریباً کاملی از مدارک صادر شده توسط تقریباً تمامی دانشگاه های کشور و برای سال های مختلف صدور تشکیل شد. تنها چیزی که نیاز دارید انتخاب دانشگاه، تخصص، مدرک و تکمیل فرم سفارش است.

در صورت مشاهده اشتباهات تایپی و خطا در یک سند چه باید کرد؟ پاسخ هنگام دریافت سند از پیک یا شرکت پست ما، توصیه می کنیم تمام جزئیات را به دقت بررسی کنید. در صورت کشف اشتباه تایپی، اشتباه یا عدم دقت، حق عدم تحویل مدرک را دارید، اما باید ایرادات شناسایی شده را شخصاً به پیک یا کتباً با ارسال ایمیل اعلام کنید.
ما سند را در اسرع وقت تصحیح کرده و مجدداً به آدرس مشخص شده ارسال می کنیم. البته هزینه ارسال به عهده شرکت ما خواهد بود.
برای جلوگیری از چنین سوءتفاهماتی، قبل از پر کردن فرم اصلی، ماکتی از سند آینده را برای بررسی و تایید نسخه نهایی به مشتری ایمیل می کنیم. قبل از ارسال سند از طریق پیک یا پست، ما همچنین عکس ها و فیلم های اضافی (از جمله در نور ماوراء بنفش) می گیریم تا شما تصور روشنی از آنچه در پایان دریافت خواهید کرد داشته باشید.

برای سفارش دیپلم از شرکت شما چه کار کنم؟ پاسخ برای سفارش سند (گواهی، دیپلم، گواهی تحصیلی و غیره) باید فرم سفارش آنلاین موجود در وب سایت ما را پر کنید یا ایمیل خود را ارائه دهید تا بتوانیم یک فرم درخواست را برای شما ارسال کنیم که باید آن را پر کرده و ارسال کنید. به ما.
اگر نمی دانید در هر قسمت از فرم سفارش/پرسشنامه چه چیزی را مشخص کنید، آنها را خالی بگذارید. بنابراین، ما تمام اطلاعات گم شده را از طریق تلفن روشن خواهیم کرد.

آخرین بررسی ها

اولگ:

من در رشته برنامه نویسی تحصیل کردم و در سازمانی که یک ارائه دهنده خدمات اینترنتی بود، استخدام شدم. در مدتی که مجرد بودم و با پدر و مادرم زندگی می کردم، حقوقم برایم کافی بود. در 25 سالگی با دختری آشنا شدم و ازدواج کردم. بچه ها یکی پس از دیگری به دنیا آمدند. دستمزدم به سختی کفاف غذای من را می داد. من و همسرم تصمیم گرفتیم چیزی را تغییر دهیم. ما به این نتیجه رسیدیم که باید یک حرفه جدید در خارج از کشور یاد بگیریم. من خدمات شما را در اینترنت پیدا کردم. من دیپلم سفارش دادم. به کشور دیگری رفتم، کار پیدا کردم و حقوق خوبی گرفتم. من یک ماشین معتبر خریدم. بچه ها، خدا خیرتون بده!

اولگا:

من به عنوان دانشجوی مکاتبه ای در یک موسسه آموزش عالی تحصیل کردم. وقتی دیپلمم را گرفتم، امیدوار بودم که فوراً یک شغل معتبر پیدا کنم. اما رقابت بسیار بالا بود، بیش از ده نفر برای یک مکان درخواست دادند. مجبور شدم با شغلی خارج از تخصصم با حداقل دستمزد موافقت کنم. من سالهاست که اینگونه کار می کنم. تصمیم گرفتم تغییری ایجاد کنم. برای خدمات تولید دیپلم تخصصی به شرکت شما مراجعه کردم. من شغلم را تغییر دادم، بسیار خوشحالم که اینطور شد. ممنون رفقا!

ادوارد:

من هرگز به چنین شرکت هایی اعتماد نداشتم، اما زمانی که تصمیم گرفتم با آنها تماس بگیرم، تردیدهایم برطرف شد. متأسفانه به دلیل تصادف تقریباً تمام مدارکم از جمله مدرک دیپلم را از دست دادم و بدون آن حتی نمی توانستم شغلی پیدا کنم. برای اینکه زمان را برای بازیابی سند تلف نکنم، تصمیم گرفتم کار این شرکت را بررسی کنم. با شماره درج شده تماس گرفتم و سفارش دادم. من دیپلمم را در مدت مشخص شده دریافت کردم. من از کیفیت راضی بودم، شباهت به اصلی 100٪ است.

ایرینا:

عصر بخیر، از کار شما متشکرم! من از کیفیت مدارک راضی بودم. بعد از خرید دیپلمم که اومدم سر کار دیدم رئیس همون دانشگاه مدرک داره! او بسیار ترسیده بود؛ معلوم شد که اسناد موجود در پایگاه داده را بررسی نکرده است، اما آن را با خودش (مهر، امضا) مقایسه کرده است. تعجب من را تصور کنید وقتی او حتی متوجه چیز مشکوکی نشد. اگر رئیس شما را باور کرده است، پس اکنون لازم نیست از چک های دیگر بترسید. بسیار از شما متشکرم.

ماکسیم:

من یک دیپلم اینجا خریدم، حتی فکر نمی کردم که این کیفیت عالی باشد. در کمتر از 5 روز تحویل داده می شود. تمام داده ها بدون خطا نوشته می شوند و از طریق پایگاه داده می روند. همچنین می خواهم از شما بابت کارایی شما تشکر کنم؛ مدیر خیلی سریع با من تماس گرفت و تمام خواسته های من را در نظر گرفت. کار کاملاً انجام شد - دقیقاً همان چیزی که نیاز داشتم، از شرکت برای کار عالی تشکر می کنم!

ریتا:

در محل کار، برای ارتقای شغلی به یک دیپلم نیاز فوری داشتم. فقط یک هفته فرصت داشتم تا مدرک تحصیلی ام را تحویل دهم. تنها راه نجاتم خرید مدرک بود. مدیر بلافاصله پاسخ داد، تمام اطلاعات را روشن کرد و چهار روز بعد مدرک در دستان من بود. من خیلی نگران بودم که آیا کار به خوبی انجام می شود. من آن را در اداره پست دریافت کردم و آنجا پرداخت کردم، بنابراین هیچ خطری وجود ندارد. راضی بودم همه چیز مثل اورجینال بود ممنون

ترمودینامیک به عنوان یک رشته در اواسط قرن 19 ظهور کرد. این اتفاق پس از کشف قانون بقای انرژی رخ داد. ارتباط خاصی بین ترمودینامیک و سینتیک مولکولی وجود دارد. انرژی درونی در تئوری چه جایگاهی را اشغال می کند؟ بیایید در مقاله به این موضوع نگاه کنیم.

مکانیک آماری و ترمودینامیک

نظریه علمی اولیه در مورد فرآیندهای حرارتی جنبشی مولکولی نبود. اولین مورد ترمودینامیک بود. در فرآیند مطالعه شرایط بهینه برای استفاده از گرما برای انجام کار شکل گرفت. این در اواسط قرن 19 اتفاق افتاد، قبل از اینکه سینتیک مولکولی مورد پذیرش قرار گیرد. امروزه هم ترمودینامیک و هم نظریه جنبشی مولکولی در فناوری و علم استفاده می شود. دومی در فیزیک نظری مکانیک آماری نامیده می شود. همراه با ترمودینامیک، پدیده های یکسان را با استفاده از روش های مختلف مطالعه می کند. این دو نظریه مکمل یکدیگر هستند. اساس ترمودینامیک از دو قانون آن تشکیل شده است. هر دوی آنها به رفتار انرژی مربوط می شوند و به صورت تجربی ایجاد می شوند. این قوانین برای هر ماده ای، صرف نظر از ساختار درونی آن، معتبر است. مکانیک آماری علمی عمیق تر و دقیق تر به حساب می آید. در مقایسه با ترمودینامیک، پیچیده تر است. در مواردی استفاده می شود که روابط ترمودینامیکی برای توضیح پدیده های مورد مطالعه کافی نباشد.

نظریه سینتیک مولکولی

در اواسط قرن نوزدهم، ثابت شد که در کنار انرژی مکانیکی، انرژی درونی اجسام ماکروسکوپی نیز وجود دارد. در تعادل تحولات انرژی گنجانده شده است. پس از کشف انرژی درونی، موضعی در مورد حفظ و تبدیل آن شکل گرفت. در حالی که یک پوک که روی یخ می‌لغزد تحت تأثیر اصطکاک متوقف می‌شود، انرژی جنبشی (مکانیکی) آن نه تنها وجود ندارد، بلکه به مولکول‌های پوک و یخ نیز منتقل می‌شود. هنگام حرکت، سطوح ناهموار اجسام در معرض اصطکاک تغییر شکل می دهند. در همان زمان، شدت حرکت مولکول های تصادفی افزایش می یابد. وقتی هر دو بدن گرم می شوند، انرژی درونی افزایش می یابد. مشاهده انتقال معکوس دشوار نیست. هنگامی که آب در یک لوله آزمایش بسته گرم می شود، انرژی داخلی (هم آن و هم بخار حاصل) شروع به افزایش می کند. فشار افزایش می یابد و باعث می شود دوشاخه به زور خارج شود. انرژی داخلی بخار باعث افزایش انرژی جنبشی می شود. در طول فرآیند انبساط، بخار کار می کند. در عین حال انرژی درونی آن کاهش می یابد. در نتیجه بخار خنک می شود.

انرژی درونی. اطلاعات کلی

با حرکت تصادفی همه مولکول ها، مجموع انرژی های جنبشی آنها و همچنین انرژی های بالقوه برهمکنش های آنها، انرژی درونی را تشکیل می دهد. با توجه به موقعیت مولکول ها نسبت به یکدیگر و حرکت آنها، محاسبه این مقدار تقریبا غیرممکن است. این به دلیل تعداد زیاد عناصر موجود در اجسام ماکروسکوپی است. در این راستا لازم است بتوان مقدار را مطابق با پارامترهای ماکروسکوپی قابل اندازه گیری محاسبه کرد.

گاز تک اتمی

این ماده از نظر خواص بسیار ساده در نظر گرفته می شود، زیرا از اتم های منفرد تشکیل شده است نه مولکول. گازهای تک اتمی شامل آرگون، هلیوم و نئون است. انرژی پتانسیل در این حالت صفر است. این به این دلیل است که مولکول‌های یک گاز ایده‌آل با یکدیگر تعامل ندارند. انرژی جنبشی حرکت مولکولی تصادفی برای داخلی (U) تعیین کننده است. برای محاسبه U یک گاز تک اتمی با جرم m، باید انرژی جنبشی (متوسط) 1 اتم را در تعداد کل اتم ها ضرب کنیم. اما باید در نظر گرفت که kNA=R. بر اساس اطلاعاتی که داریم فرمول زیر را بدست می آوریم: U= 2/3 x m/M x RT،که در آن انرژی داخلی با دمای مطلق نسبت مستقیم دارد. تمام تغییرات U فقط با T (دما) اندازه گیری شده در حالت اولیه و نهایی گاز تعیین می شود و مستقیماً به حجم مربوط نمی شود. این به این دلیل است که فعل و انفعالات انرژی پتانسیل آن برابر با 0 است و به هیچ وجه به سایر پارامترهای سیستم اجسام ماکروسکوپی بستگی ندارد. در حضور مولکول‌های پیچیده‌تر، یک گاز ایده‌آل انرژی داخلی مستقیماً متناسب با دمای مطلق خواهد داشت. اما باید گفت در این صورت ضریب تناسب بین U و T تغییر خواهد کرد. از این گذشته، مولکول های پیچیده نه تنها حرکات انتقالی، بلکه حرکات چرخشی را نیز انجام می دهند. انرژی درونی برابر است با مجموع این حرکات مولکولی.

U به چه چیزی بستگی دارد؟

انرژی داخلی تحت تاثیر یکی از پارامترهای ماکروسکوپی قرار می گیرد. این دما است. در گازها، مایعات و جامدات واقعی، انرژی پتانسیل (متوسط) در هنگام برهمکنش مولکول ها برابر با صفر نیست. اگر چه، اگر دقیق تر در نظر بگیریم، برای گازها بسیار کمتر از جنبشی (متوسط) است. در عین حال، برای جامدات و مایعات با آن قابل مقایسه است. اما میانگین U به V ماده بستگی دارد، زیرا در طول دوره تغییر آن، فاصله متوسط ​​بین مولکول ها نیز تغییر می کند. از این نتیجه می شود که در ترمودینامیک انرژی داخلی نه تنها به دمای T، بلکه به V (حجم) نیز بستگی دارد. ارزش آنها به طور منحصر به فرد وضعیت اجسام را تعیین می کند و بنابراین U.

اقیانوس جهانی

تصور اینکه اقیانوس جهانی دارای چه ذخایر فوق العاده بزرگی از انرژی است دشوار است. بیایید در نظر بگیریم که انرژی داخلی آب چیست. لازم به ذکر است که حرارتی نیز هست، زیرا در نتیجه گرم شدن بیش از حد قسمت مایع سطح اقیانوس به وجود آمده است. بنابراین، با داشتن اختلاف مثلاً 20 درجه نسبت به آب پایین، مقداری در حدود 10^26 ژول به دست می آورد. هنگام اندازه گیری جریانات در اقیانوس، انرژی جنبشی آن در حدود 10^18 J برآورد می شود.

مشکلات جهانی

مشکلات جهانی وجود دارد که می توان آنها را در سطح جهانی مطرح کرد. این شامل:

کاهش ذخایر سوخت فسیلی (عمدتاً نفت و گاز)؛

آلودگی زیست محیطی قابل توجه ناشی از استفاده از این مواد معدنی؛

"آلودگی" حرارتی، به علاوه افزایش غلظت دی اکسید کربن اتمسفر، که اختلالات آب و هوایی جهانی را تهدید می کند.

استفاده از ذخایر اورانیوم که منجر به تولید زباله های رادیواکتیو می شود که تأثیر بسیار منفی بر زندگی همه موجودات زنده دارد.

استفاده از انرژی گرما هسته ای

نتیجه

این همه عدم اطمینان در مورد انتظارات عواقبی که قطعاً رخ می دهد اگر مصرف انرژی تولید شده به این روش را متوقف نکنیم، دانشمندان و مهندسان را مجبور می کند تقریباً تمام توجه خود را صرف حل این مشکل کنند. وظیفه اصلی آنها یافتن منبع بهینه انرژی است همچنین درگیر فرآیندهای مختلف طبیعی مهم است. در میان آنها، بیشترین علاقه این است: خورشید، یا بهتر است بگوییم گرمای خورشیدی، باد و انرژی در اقیانوس جهانی.

در بسیاری از کشورها، دریاها و اقیانوس‌ها از دیرباز به‌عنوان منبع انرژی در نظر گرفته می‌شوند و چشم‌انداز آنها به طور فزاینده‌ای امیدوارکننده می‌شود. اقیانوس مملو از رازهای بسیاری است؛ انرژی درونی آن چاه بی انتها از احتمالات است. همین تعداد راه هایی که برای استخراج انرژی در اختیار ما قرار می دهد (مانند جریان های اقیانوسی، انرژی جزر و مد، انرژی حرارتی و غیره) ما را در مورد عظمت آن فکر می کند.

انرژی درونیبدنه (به عنوان Eیا U) مجموع انرژی های برهمکنش های مولکولی و حرکات حرارتی مولکول است. انرژی داخلی تابعی منحصر به فرد از وضعیت سیستم است. این بدان معناست که هرگاه یک سیستم خود را در وضعیت معینی بیابد، انرژی درونی آن بدون توجه به تاریخچه قبلی سیستم، ارزش ذاتی این حالت را به خود می گیرد. در نتیجه، تغییر انرژی درونی در طول انتقال از یک حالت به حالت دیگر همیشه برابر با تفاوت بین مقادیر آن در حالت نهایی و اولیه خواهد بود، صرف نظر از مسیری که انتقال در آن انجام شده است.

انرژی درونی بدن را نمی توان مستقیماً اندازه گیری کرد. شما فقط می توانید تغییر در انرژی داخلی را تعیین کنید:

این فرمول بیان ریاضی قانون اول ترمودینامیک است

برای فرآیندهای شبه استاتیک رابطه زیر برقرار است:

گازهای ایده آل

طبق قانون ژول که به صورت تجربی به دست آمده است، انرژی داخلی یک گاز ایده آل به فشار یا حجم بستگی ندارد. بر اساس این واقعیت، می توانیم بیانی برای تغییر انرژی داخلی یک گاز ایده آل به دست آوریم. با تعریف ظرفیت حرارتی مولی در حجم ثابت، . از آنجایی که انرژی داخلی یک گاز ایده آل فقط تابع دما است، پس

همین فرمول برای محاسبه تغییرات انرژی داخلی هر جسم نیز صادق است، اما فقط در فرآیندهایی با حجم ثابت (فرآیندهای ایزوکوریک). به طور کلی تابع دما و حجم است.

اگر از تغییر ظرفیت گرمایی مولی با تغییر دما غافل شویم، به دست می‌آییم:

جایی که مقدار ماده است، تغییر دما است.

ادبیات

• Sivukhin D.V.درس فیزیک عمومی. - ویرایش پنجم، اصلاح شده. - M.: Fizmatlit، 2006. - T. II. ترمودینامیک و فیزیک مولکولی. - 544 ص. - شابک 5-9221-0601-5

یادداشت

بنیاد ویکی مدیا 2010.

ببینید «انرژی داخلی» در فرهنگ‌های دیگر چیست:

انرژی درونی- تابعی از حالت یک سیستم ترمودینامیکی بسته که با این واقعیت تعیین می شود که افزایش آن در هر فرآیندی که در این سیستم اتفاق می افتد برابر است با مجموع گرمای وارد شده به سیستم و کار انجام شده بر روی آن. توجه انرژی داخلی... ... راهنمای مترجم فنی

انرژی فیزیکی سیستم، بسته به داخلی آن. وضعیت. V. e. شامل انرژی حرکت آشفته (حرارتی) تمام ریزذرات سیستم (مولکول ها، اتم ها، یون ها و غیره) و انرژی عمل این ذرات است. جنبشی. انرژی حرکت سیستم به عنوان یک کل و ... دایره المعارف فیزیکی

انرژی درونی- انرژی یک بدن یا سیستم، بسته به وضعیت داخلی آن؛ متشکل از انرژی جنبشی مولکول های بدن و واحدهای ساختاری آنها (اتم ها، الکترون ها، هسته ها)، انرژی برهم کنش اتم ها در مولکول ها، انرژی برهمکنش الکترونیکی... ... دایره المعارف بزرگ پلی تکنیک

یک جسم متشکل از انرژی جنبشی مولکول‌های بدن و واحدهای ساختاری آنها (اتم‌ها، الکترون‌ها، هسته‌ها)، انرژی برهم‌کنش اتم‌ها در مولکول‌ها و غیره است. انرژی درونی شامل انرژی حرکت جسم نمی‌شود. یک انرژی کامل و بالقوه... فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

انرژی درونی- ▲ بدنه مواد انرژی، مطابق با، وضعیت، دمای داخلی داخلی ... فرهنگ لغت ایدئوگرافیک زبان روسی

انرژی درونی- انرژی کل سیستم منهای پتانسیل است که ناشی از تأثیر میدان های نیروی خارجی بر روی سیستم (در میدان گرانشی) و انرژی جنبشی سیستم متحرک است. شیمی عمومی: کتاب درسی / A. V. Zholnin ... اصطلاحات شیمیایی

دایره المعارف مدرن

انرژی درونی- جسم، شامل انرژی جنبشی مولکول ها، اتم ها، الکترون ها، هسته های تشکیل دهنده بدن و همچنین انرژی برهم کنش این ذرات با یکدیگر است. تغییر انرژی درونی از نظر عددی برابر با کار انجام شده بر روی بدن است (مثلاً زمانی که... ... فرهنگ لغت دایره المعارف مصور

انرژی درونی- یک کمیت ترمودینامیکی که تعداد انواع حرکات داخلی انجام شده در سیستم را مشخص می کند. اندازه گیری انرژی درونی مطلق بدن غیرممکن است. در عمل فقط تغییر انرژی درونی اندازه گیری می شود... ... فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی

یک جسم متشکل از انرژی جنبشی مولکول‌های بدن و واحدهای ساختاری آنها (اتم‌ها، الکترون‌ها، هسته‌ها)، انرژی برهم‌کنش اتم‌ها در مولکول‌ها و غیره است. انرژی درونی شامل انرژی حرکت جسم نمی‌شود. یک انرژی کامل و بالقوه... فرهنگ لغت دایره المعارفی

کتاب ها

• مسیر Qi. انرژی زندگی در بدن شماست. تمرین ها و مراقبه ها، متیو سویگارد. تعادل و هماهنگی درونی از بدو تولد به ما داده شده است، اما زندگی مدرن به راحتی می تواند ما را از تعادل طبیعی خارج کند. گاهی اوقات ما عمداً آن را نقض می کنیم، مثلاً با خوردن زیاد ...

تمام اجسام ماکروسکوپی اطراف ما حاوی ذرات هستند: اتم یا مولکول. آنها که در حرکت ثابت هستند، به طور همزمان دارای دو نوع انرژی هستند: جنبشی و پتانسیل و انرژی درونی بدن را تشکیل می دهند:

U = ∑ E k +∑ E p

این مفهوم همچنین شامل انرژی برهمکنش الکترون ها، پروتون ها و نوترون ها با یکدیگر است.

آیا امکان تغییر انرژی درونی وجود دارد؟

3 راه برای تغییر آن وجود دارد:

• به لطف فرآیند انتقال حرارت؛
• با انجام کارهای مکانیکی؛
• از طریق واکنش های شیمیایی

بیایید نگاهی دقیق تر به همه گزینه ها بیندازیم.

اگر کار توسط خود بدن انجام شود انرژی درونی آن کاهش می یابد و وقتی روی بدن کار می شود انرژی درونی آن افزایش می یابد.

ساده ترین مثال های افزایش انرژی مواردی از ایجاد آتش با استفاده از اصطکاک است:

• استفاده از تیندر؛
• با استفاده از سنگ چخماق؛
• با استفاده از کبریت

فرآیندهای حرارتی مرتبط با تغییرات دما نیز با تغییرات انرژی داخلی همراه است. اگر جسمی را گرم کنید انرژی آن افزایش می یابد.

نتیجه واکنش های شیمیایی تبدیل موادی است که از نظر ساختار و ترکیب با یکدیگر متفاوت هستند. به عنوان مثال، هنگام احتراق سوخت، پس از ترکیب هیدروژن با اکسیژن، مونوکسید کربن تشکیل می شود. هنگامی که اسید هیدروکلریک با روی ترکیب می شود، هیدروژن آزاد می شود و در نتیجه احتراق هیدروژن، بخار آب آزاد می شود.

انرژی داخلی بدن نیز به دلیل انتقال الکترون ها از یک پوسته الکترونی به پوسته دیگر تغییر خواهد کرد.

انرژی اجسام - وابستگی و ویژگی ها

انرژی درونی مشخصه حالت حرارتی بدن است. بستگی دارد به:

• حالت تجمع و تغییرات در حین جوشش و تبخیر، تبلور یا تراکم، ذوب یا تصعید.
• وزن بدن؛
• دمای بدن، مشخص کننده انرژی جنبشی ذرات؛
• نوعی ماده

انرژی داخلی یک گاز ایده آل تک اتمی

این انرژی، در حالت ایده آل، از انرژی های جنبشی هر ذره که به طور تصادفی و پیوسته حرکت می کند و انرژی پتانسیل برهمکنش آنها در یک جسم خاص تشکیل شده است. این به دلیل تغییر دما اتفاق می افتد، که توسط آزمایش های ژول تایید می شود.

برای محاسبه انرژی داخلی گاز تک اتمی، از معادله استفاده کنید:

جایی که بسته به تغییر دما، انرژی داخلی تغییر می کند (با افزایش دما افزایش می یابد و با کاهش آن کاهش می یابد). انرژی درونی تابعی از حالت است.