A testben lévő összes részecske belső energiáját mértékegységben mérik. Termodinamika. Belső energia. Példák problémamegoldásra

Az MKT szerint minden anyag olyan részecskékből áll, amelyek folyamatos hőmozgásban vannak és kölcsönhatásba lépnek egymással. Ezért még akkor is, ha a test mozdulatlan és nulla potenciális energiája van, van energiája (belső energiája), ami a testet alkotó mikrorészecskék mozgásának és kölcsönhatásának összenergiája. A belső energia magában foglalja:

1. molekulák transzlációs, forgó és vibrációs mozgásának kinetikus energiája;
2. atomok és molekulák kölcsönhatásának potenciális energiája;
3. atomon belüli és intranukleáris energia.

A termodinamikában olyan folyamatokat veszünk figyelembe, amelyeken az atomok rezgésmozgása a molekulákban nem gerjesztődik, azaz. 1000 K-t meg nem haladó hőmérsékleten. Ezekben a folyamatokban a belső energia csak az első két összetevője változik. Ezért

alatt belső energia a termodinamikában a test összes molekulája és atomja mozgási energiájának és kölcsönhatásuk potenciális energiájának összegét értjük.

Egy test belső energiája határozza meg termikus állapotát, és változik az egyik állapotból a másikba való átmenet során. Egy adott állapotban a testnek teljesen meghatározott belső energiája van, függetlenül attól, hogy milyen folyamaton keresztül jutott ebbe az állapotba. Ezért a belső energiát gyakran nevezik a test állapotának funkciója.

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

Ahol én- a szabadság foka. Egyatomos gázokhoz (pl. nemesgázok) én= 3, kétatomos - én = 5.

Ezekből a képletekből kitűnik, hogy egy ideális gáz belső energiája csak a hőmérséklettől és a molekulák számától függés nem függ sem a térfogattól, sem a nyomástól. Ezért az ideális gáz belső energiájának változását csak a hőmérsékletének változása határozza meg, és nem függ annak a folyamatnak a természetétől, amelyben a gáz egyik állapotból a másikba kerül:

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

ahol Δ T = T 2 - T 1 .

• A valódi gázok molekulái kölcsönhatásba lépnek egymással, ezért potenciális energiájuk van W p, amely a molekulák közötti távolságtól és így a gáz által elfoglalt térfogattól függ. Így egy valódi gáz belső energiája függ a hőmérsékletétől, térfogatától és molekulaszerkezetétől.

*A képlet levezetése

Egy molekula átlagos kinetikus energiája \(~\left\langle W_k \right\rangle = \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T\).

A gázban lévő molekulák száma \(~N = \dfrac (m)(M) \cdot N_A\).

Ezért az ideális gáz belső energiája az

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

Tekintve, hogy k⋅N A= R az egyetemes gázállandó, megvan

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T\) - ideális gáz belső energiája.

A belső energia változása

A gyakorlati problémák megoldásában nem maga a belső energia játszik jelentős szerepet, hanem annak Δ változása U = U 2 - U 1 . A belső energia változását az energiamegmaradás törvényei alapján számítják ki.

A test belső energiája kétféleképpen változhat:

1. Elköteleződéskor gépészeti munka. a) Ha egy külső erő deformációt okoz egy testben, akkor megváltoznak a részecskék közötti távolságok, amelyekből áll, és ezért megváltozik a részecskék kölcsönhatásának potenciális energiája. A rugalmatlan alakváltozások során ráadásul a testhőmérséklet is megváltozik, pl. a részecskék hőmozgásának kinetikai energiája megváltozik. De ha egy test deformálódik, akkor munka történik, ami a test belső energiájában bekövetkezett változás mértéke. b) Egy test belső energiája is megváltozik egy másik testtel való rugalmatlan ütközés során. Ahogy korábban láttuk, a testek rugalmatlan ütközésekor a mozgási energiájuk csökken, belső energiává alakul (ha például kalapáccsal többször megütjük az üllőn fekvő drótot, a huzal felmelegszik). Egy test mozgási energiájának változásának mértéke a mozgási energia tétele szerint a ható erők munkája. Ez a munka a belső energia változásainak mértékeként is szolgálhat. c) A test belső energiájának változása a súrlódási erő hatására következik be, mivel a tapasztalatból ismeretes, hogy a súrlódás mindig együtt jár a súrlódó testek hőmérsékletének változásával. A súrlódási erő által végzett munka a belső energia változásának mértékeként szolgálhat.
2. Segítséggel hőcsere. Például, ha egy testet egy égő lángjába helyezünk, annak hőmérséklete megváltozik, így a belső energiája is megváltozik. Itt azonban nem végeztek munkát, mert sem magának a testnek, sem annak részeinek nem volt látható mozgása.

A rendszer belső energiájának munkavégzés nélküli változását nevezzük hőcsere(hőátadás).

Háromféle hőátadás létezik: vezetés, konvekció és sugárzás.

A) Hővezető a testek (vagy testrészek) közötti hőcsere folyamata közvetlen érintkezésük során, amelyet a testrészecskék termikus kaotikus mozgása okoz. Minél magasabb a hőmérséklet, annál nagyobb a szilárd test molekuláinak rezgésének amplitúdója. A gázok hővezető képessége a gázmolekulák közötti energiacserének köszönhető az ütközéseik során. Folyadékok esetében mindkét mechanizmus működik. Egy anyag hővezető képessége szilárd halmazállapotban maximális, gáz halmazállapotban minimális.

b) Konvekció hőátadást jelent a folyadék vagy gáz felmelegített áramlása révén az általuk elfoglalt térfogat egyes területeiről mások felé.

c) Hőcsere at sugárzás távolról elektromágneses hullámokkal hajtják végre.

Tekintsük részletesebben a belső energia megváltoztatásának módjait.

Gépészeti munka

A termodinamikai folyamatok vizsgálatakor a makrotestek egészének mechanikai mozgását nem vesszük figyelembe. A munka fogalma itt a testtérfogat változásához kapcsolódik, i.e. a makrotest részeinek mozgása egymáshoz képest. Ez a folyamat a részecskék közötti távolság megváltozásához, és gyakran mozgásuk sebességének megváltozásához, tehát a test belső energiájának megváltozásához vezet.

Izobár folyamat

Nézzük először az izobár folyamatot. Legyen gáz egy mozgatható dugattyús hengerben hőmérsékleten T 1 (1. ábra).

Lassan felmelegítjük a gázt egy hőmérsékletre T 2. A gáz izobár módon tágul, és a dugattyú elmozdul a helyéről 1 pozicionálni 2 Δ távolságra l. A gáznyomás erő hatni fog a külső testekre. Mert p= const, akkor a nyomóerő F = p⋅Sállandó is. Ezért ennek az erőnek a munkája a képlet segítségével kiszámítható

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

ahol Δ V- gázmennyiség változása.

• Ha a gáz térfogata nem változik (izokór folyamat), akkor a gáz által végzett munka nulla.

• A gáz csak a térfogatának megváltoztatása során végez munkát.

Bővítéskor (Δ V> 0) a gáz, pozitív munka van ( A> 0); tömörítés közben (Δ V < 0) газа совершается отрицательная работа (A < 0).

• Ha figyelembe vesszük a külső erők munkáját A " (A " = –A), majd bővítéssel (Δ V> 0) gáz A " < 0); при сжатии (ΔV < 0) A " > 0.

Írjuk fel a Clapeyron-Mengyelejev egyenletet két gázállapotra:

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

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

Ezért mikor izobár folyamat

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

Ha ν = 1 mol, akkor Δ-nél Τ = 1 K azt kapjuk R számszerűen egyenlő A.

Ebből következik az egyetemes gázállandó fizikai jelentése: számszerűen megegyezik 1 mól ideális gáz által végzett munkával, ha izobár módon hevítjük 1 K-val.

Nem izobár folyamat

A diagramon p (V) izobár folyamatban a munka megegyezik a 2. ábrán látható árnyékolt téglalap területével, a.

Ha a folyamat nem izobár(2. ábra, b), majd a függvénygörbe p = f(V) nagyszámú izokorból és izobárból álló szaggatott vonalként ábrázolható. Az izobár szakaszokon végzett munka nulla, és az összes izobár szakaszon végzett munka egyenlő lesz

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

azok. egyenlő lesz az árnyékolt ábra területe.

Nál nél izoterm folyamat (T= const) a munka egyenlő a 2. ábrán látható árnyékolt ábra területével, c.

Az utolsó képlettel csak akkor lehet munkát meghatározni, ha ismert, hogy a gáznyomás hogyan változik térfogatának változásával, pl. a függvény formája ismert p = f(V).

Nyilvánvaló tehát, hogy a munka a gáz kezdeti állapotából a végső állapotba való átmenet módjától (azaz a folyamattól: izoterm, izobár...) még a gáz térfogatának azonos változása mellett is függ. állapot. Ezért arra a következtetésre juthatunk

• A termodinamikai munka a folyamat és nem az állapot függvénye.

A hőmennyiség

Mint ismeretes, a különféle mechanikai folyamatok során a mechanikai energia változása következik be W. A mechanikai energia változásának mértéke a rendszerre ható erők munkája:

\(~\Delta W = A.\)

A hőcsere során a test belső energiájában változás következik be. A belső energia hőátadás során bekövetkező változásának mértéke a hőmennyiség.

A hőmennyiség a belső energia hőátadás során bekövetkező változásának mértéke.

Így mind a munka, mind a hőmennyiség jellemzi az energia változását, de nem azonos a belső energiával. Nem magának a rendszernek az állapotát jellemzik (ahogyan a belső energia teszi), hanem meghatározzák az energia egyik típusból a másikba (egyik testből a másikba) való átmenet folyamatát, amikor az állapot megváltozik, és jelentősen függ a folyamat természetétől.

A fő különbség a munka és a hőség között az

• a munka jellemzi a rendszer belső energiájának megváltoztatásának folyamatát, amelyet az energia egyik típusból a másikba való átalakulása kísér (mechanikusról belsőre);
• a hőmennyiség jellemzi a belső energia egyik testből a másikba történő átvitelének folyamatát (a melegebbről a kevésbé fűtöttre), amit nem kísérnek energia átalakulások.

Fűtés (hűtés)

A tapasztalat azt mutatja, hogy egy testtömeg felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség m hőmérsékleten T 1 hőmérsékletre T 2 képlettel számolva

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

Ahol c- az anyag fajlagos hőkapacitása (táblázatos érték);

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

A fajlagos hőkapacitás SI mértékegysége joule per kilogramm Kelvin (J/(kg K)).

Fajlagos hő c számszerűen egyenlő azzal a hőmennyiséggel, amelyet egy 1 kg tömegű testnek át kell adni ahhoz, hogy azt 1 K-vel felmelegítse.

A fajlagos hőkapacitáson kívül olyan mennyiséget is figyelembe kell venni, mint a test hőkapacitása.

Hőkapacitás test C számszerűen megegyezik a testhőmérséklet 1 K-os megváltoztatásához szükséges hőmennyiséggel:

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

Egy test hőkapacitásának SI mértékegysége joule per Kelvin (J/K).

Párologtatás (kondenzáció)

Ahhoz, hogy egy folyadékot állandó hőmérsékleten gőzzé alakítsunk, bizonyos mennyiségű hőt kell felhasználni

\(~Q = L \cdot m,\)

Ahol L- fajlagos párolgási hő (táblázatos érték). A gőz lecsapódásakor ugyanannyi hő szabadul fel.

A fajlagos párolgáshő SI mértékegysége joule per kilogramm (J/kg).

Olvadás (kristályosodás)

Kristályos testsúly megolvasztása érdekében m az olvadásponton a testnek közölnie kell a hőmennyiséget

\(~Q = \lambda \cdot m,\)

Ahol λ - fajlagos olvadási hő (táblázatos érték). Amikor egy test kikristályosodik, ugyanannyi hő szabadul fel.

A fajlagos olvadási hő SI mértékegysége joule per kilogramm (J/kg).

Tüzelőanyag égés

A tüzelőanyag tömegének teljes elégetése során felszabaduló hőmennyiség m,

\(~Q = q \cdot m,\)

Ahol q- fajlagos égéshő (táblázatos érték).

A fajlagos égéshő SI mértékegysége joule per kilogramm (J/kg).

Irodalom

Aksenovich L. A. Fizika a középiskolában: elmélet. Feladatok. Tesztek: Tankönyv. általános műveltséget nyújtó intézmények támogatása. környezet, oktatás / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Szerk. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - P. 129-133, 152-161.

Leggyakrabban ismételt kérdések

Lehet-e bélyegzőt készíteni egy dokumentumra a mellékelt minta alapján? Válasz Igen, lehetséges. Szkennelt másolatot vagy jó minőségű fényképet küldjön e-mail címünkre, és mi elkészítjük a szükséges másolatot.

Milyen fizetési módokat fogad el? Válasz A dokumentum ellenértékét a futár kézhezvételekor, az oklevél kitöltésének és a kivitelezés minőségének ellenőrzése után fizetheti ki. Ez megtehető az utánvétes postai társaságok irodáiban is.
A dokumentumok szállítási és fizetési feltételei a „Fizetés és kézbesítés” részben találhatók. Szintén készek vagyunk meghallgatni javaslataikat a dokumentum szállítási és fizetési feltételeivel kapcsolatban.

Biztos lehetek benne, hogy a rendelés leadása után nem fog eltűnni a pénzemmel? Válasz Nagy tapasztalattal rendelkezünk az oklevélkészítés területén. Számos weboldalunk van, amelyeket folyamatosan frissítünk. Szakembereink az ország különböző pontjain dolgoznak, naponta több mint 10 dokumentumot készítenek. Az évek során dokumentumaink sok embernek segítettek a foglalkoztatási problémák megoldásában vagy a jobban fizető állásokba költözésben. Megbízóink körében bizalmat és elismerést vívtunk ki, így erre semmi okunk. Sőt, ezt fizikailag egyszerűen lehetetlen megtenni: a rendelést akkor fizeted, amikor a kezedbe kapod, nincs előleg.

Bármelyik egyetemről rendelhetek diplomát? Válasz Általában igen. Közel 12 éve dolgozunk ezen a területen. Ezalatt az ország szinte valamennyi egyeteme által kiadott dokumentumokból és a különböző kiadási évekre vonatkozóan szinte teljes adatbázis alakult ki. Csak ki kell választani egy egyetemet, szakot, dokumentumot, és kitölteni a megrendelőlapot.

Mi a teendő, ha elírási hibákat talál egy dokumentumban? Válasz Ha futárunktól vagy postai cégünktől dokumentumot kap, javasoljuk, hogy alaposan ellenőrizze az összes részletet. Elírási hiba, pontatlanság észlelése esetén jogában áll az oklevelet nem átvenni, de az észlelt hibákat személyesen vagy írásban jeleznie kell a futárnak.
A dokumentumot a lehető legrövidebb időn belül kijavítjuk és újra elküldjük a megadott címre. Természetesen a szállítást cégünk állja.
Az ilyen félreértések elkerülése érdekében az eredeti űrlap kitöltése előtt e-mailben elküldjük a leendő dokumentum makettjét az ügyfélnek a végleges verzió ellenőrzésére és jóváhagyására. A dokumentum futárral vagy postai úton történő elküldése előtt további fényképeket és videókat is készítünk (beleértve az ultraibolya fényben is), hogy világos elképzelése legyen arról, mit kap a végén.

Mit kell tennem, hogy diplomát rendeljek a cégétől? Válasz Dokumentum (bizonyítvány, oklevél, tanulmányi bizonyítvány stb.) megrendeléséhez ki kell töltenie a weboldalunkon található online megrendelőlapot, vagy meg kell adnia e-mail-címét, hogy el tudjuk küldeni a jelentkezési lapot, amelyet kitöltve vissza kell küldenie. nekünk.
Ha nem tudja, mit kell feltüntetni a megrendelőlap/kérdőív bármely mezőjében, hagyja üresen. Ezért minden hiányzó információt telefonon pontosítunk.

Legfrissebb értékelések

Oleg:

Programozónak tanultam, és elhelyezkedtem egy internetszolgáltató szervezetben. Amíg agglegény voltam és a szüleimmel éltem, a fizetésem elég volt nekem. 25 évesen megismerkedtem egy lánnyal és férjhez mentem. Egymás után születtek a gyerekek. A fizetésem alig volt elég az ennivalómhoz. A feleségemmel úgy döntöttünk, hogy valamit változtatni kell. Úgy döntöttünk, hogy külföldön kell új szakmát tanulnunk. Az interneten találtam a szolgáltatásait. Rendeltem egy oklevelet. Elmentem egy másik országba, kaptam munkát, és jó fizetést kaptam. Vettem egy tekintélyes autót. Srácok, Isten áldjon benneteket!

Olga:

Levelező hallgatóként tanultam egy felsőoktatási intézményben. Amikor megkaptam a diplomámat, abban reménykedtem, hogy azonnal kapok egy rangos állást. De a verseny nagyon kiélezettnek bizonyult, több mint tízen jelentkeztek egy helyre. Be kellett vállalnom egy szakterületemen kívüli állást minimálbérrel. Sok éve így dolgozom. Úgy döntöttem, változtatok. Az Ön cégéhez fordultam szakirányú oklevél készítésének szolgáltatásáért. Foglalkozást váltottam, nagyon örülök, hogy így történt. Köszi srácok!

Edward:

Soha nem bíztam az ilyen cégekben, de kétségeim eloszlottak, amikor úgy döntöttem, hogy felveszem velük a kapcsolatot. Sajnos egy baleset miatt szinte minden okmányomat elveszítettem, beleértve a diplomámat is, és enélkül nem is tudtam elhelyezkedni. Annak érdekében, hogy ne pazaroljam az időt a dokumentum helyreállítására, úgy döntöttem, hogy ellenőrizem a cég munkáját. Felhívtam a megadott számot és megrendeltem. A diplomámat a megadott határidőn belül megkaptam. Meg voltam elégedve a minőséggel, 100%-os a hasonlóság az eredetivel.

Irina:

Jó estét, köszönöm a munkátokat! Meg voltam elégedve a dokumentumok minőségével. Amikor a diplomám megvásárlása után dolgozni jöttem, láttam, hogy a főnöknek ugyanarról az egyetemről van egy dokumentuma! Nagyon megijedt, kiderült, hogy nem az adatbázisban lévő dokumentációt ellenőrizte, hanem összehasonlította a sajátjával (bélyegzők, aláírások). Képzeld a meglepetésemet, amikor nem is vett észre semmi gyanúsat. Ha a főnök hitt neked, akkor most már nem kell félned a többi ellenőrzéstől. Nagyon szépen köszönjük.

Maksim:

Itt vettem egy diplomát, nem is gondoltam volna, hogy ilyen kiváló minőségű lesz. Kevesebb, mint 5 napon belül szállítjuk. Minden adat hibátlanul íródik, és átmegy az adatbázison. Ezúton is szeretném megköszönni a hatékonyságot, a menedzser nagyon gyorsan felvette velem a kapcsolatot, és minden kívánságomat figyelembe vette. A munka tökéletesen megtörtént - pont amire szükségem volt, köszönöm a cégnek a kiváló munkát!

Rita:

A munkahelyemen sürgősen diplomára volt szükségem, hogy előléptessek. Csak egy hetem volt a felsőfokú végzettségem benyújtására. Az egyetlen kiút számomra a diploma megvásárlása volt. A menedzser azonnal reagált, minden információt pontosított, és négy nap múlva már a kezemben volt az oklevél. Nagyon aggódtam, hogy jól sikerül-e a munka. A postán kaptam és ott fizettem, így nincs kockázat. Meg voltam elégedve, minden olyan volt, mint az eredeti, köszönöm.

A termodinamika mint tudományág a 19. század közepén alakult ki. Ez az energiamegmaradás törvényének felfedezése után történt. Van egy bizonyos kapcsolat a termodinamika és a molekuláris kinetika között. Milyen helyet foglal el elméletben a belső energia? Nézzük ezt a cikkben.

Statisztikai mechanika és termodinamika

A termikus folyamatokkal kapcsolatos kezdeti tudományos elmélet nem volt molekuláris kinetikus. Az első a termodinamika volt. A hő felhasználásának optimális feltételeinek tanulmányozása során alakult ki. Ez a 19. század közepén történt, még mielőtt a molekuláris kinetika elfogadott lett volna. Ma a termodinamikát és a molekuláris kinetikai elméletet egyaránt alkalmazzák a technikában és a tudományban. Ez utóbbit az elméleti fizikában statisztikai mechanikának nevezik. A termodinamika mellett azonos jelenségeket vizsgál különböző módszerekkel. Ez a két elmélet kiegészíti egymást. A termodinamika alapját annak két törvénye alkotja. Mindkettő az energia viselkedésére vonatkozik, és empirikusan állapítják meg. Ezek a törvények minden anyagra érvényesek, függetlenül annak belső szerkezetétől. A statisztikai mechanikát mélyebb és pontosabb tudománynak tekintik. A termodinamikához képest összetettebb. Olyan esetekben használják, amikor a termodinamikai összefüggések nem elegendőek a vizsgált jelenségek magyarázatához.

Molekuláris kinetikai elmélet

A 19. század közepére bebizonyosodott, hogy a mechanikai energián kívül a makroszkopikus testek belső energiája is létezik. Benne van a természetes átalakulások energiamérlegében. A belső energia felfedezése után álláspontot fogalmaztak meg annak megőrzésével és átalakításával kapcsolatban. Miközben a jégen csúszó korong a súrlódás hatására megáll, mozgási (mechanikai) energiája nemcsak megszűnik, hanem átkerül a korong és a jég molekuláiba is. Mozgás közben a súrlódásnak kitett testek egyenetlen felületei deformálódnak. Ezzel párhuzamosan nő a véletlenszerűen mozgó molekulák intenzitása. Ha mindkét testet felmelegítjük, a belső energia megnő. Nem nehéz megfigyelni a fordított átmenetet. Amikor egy zárt kémcsőben vizet melegítenek, a belső energia (mind az, mind a keletkező gőz) növekedni kezd. A nyomás megnő, aminek következtében a dugó kiszorul. A gőz belső energiája a mozgási energia növekedését okozza. A tágulási folyamat során a gőz működik. Ugyanakkor belső energiája csökken. Ennek eredményeként a gőz lehűl.

Belső energia. Általános információ

Az összes molekula véletlenszerű mozgása esetén kinetikus energiáik, valamint kölcsönhatásaik potenciális energiáinak összege alkotja a belső energiát. Tekintettel a molekulák egymáshoz viszonyított helyzetére és mozgására, ezt a mennyiséget szinte lehetetlen kiszámítani. Ennek oka a makroszkopikus testekben található elemek nagy száma. Ebben a tekintetben szükséges az értéket a mérhető makroszkopikus paraméterek alapján kiszámítani.

Monatomikus gáz

Az anyag tulajdonságait tekintve meglehetősen egyszerűnek tekinthető, mivel egyedi atomokból áll, nem molekulákból. A monoatomos gázok közé tartozik az argon, a hélium és a neon. A potenciális energia ebben az esetben nulla. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az ideális gázban lévő molekulák nem lépnek kölcsönhatásba egymással. A véletlenszerű molekulamozgás kinetikai energiája meghatározó a belső (U) szempontjából. Egy m tömegű egyatomos gáz U kiszámításához meg kell szoroznunk 1 atom kinetikus energiáját (átlagát) az összes atom számával. De figyelembe kell venni, hogy kNA=R. A rendelkezésünkre álló adatok alapján a következő képletet kapjuk: U= 2/3 x m/M x RT, ahol a belső energia egyenesen arányos az abszolút hőmérséklettel. Az U minden változását csak a gáz kezdeti és végső állapotában mért T (hőmérséklet) határozza meg, és nincs közvetlenül összefüggésben a térfogattal. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy potenciális energiájának kölcsönhatásai egyenlők 0-val, és egyáltalán nem függenek a makroszkopikus objektumok egyéb rendszerparamétereitől. Bonyolultabb molekulák jelenlétében az ideális gáz belső energiája is egyenesen arányos az abszolút hőmérséklettel. De el kell mondanunk, hogy ebben az esetben az U és T közötti arányossági együttható megváltozik. Végül is az összetett molekulák nemcsak transzlációs, hanem forgó mozgásokat is végeznek. A belső energia egyenlő ezeknek a molekuláris mozgásoknak az összegével.

Mitől függsz?

A belső energiát az egyik makroszkopikus paraméter befolyásolja. Ez a hőmérséklet. Valódi gázokban, folyadékokban és szilárd anyagokban a potenciális energia (átlag) a molekulák kölcsönhatása során nem egyenlő nullával. Bár ha pontosabban vesszük, akkor a gázoknál jóval kevesebb, mint a kinetikai (átlagos) érték. Ugyanakkor a szilárd és folyékony halmazállapotú anyagok esetében ehhez hasonlítható. De az átlagos U függ az anyag V értékétől, mert változásának periódusa alatt a molekulák közötti átlagos távolság is változik. Ebből az következik, hogy a termodinamikában a belső energia nemcsak a T hőmérséklettől, hanem a V-től (térfogattól) is függ. Értékük egyértelműen meghatározza a testek állapotát, ezért U.

Világ-óceán

Nehéz elképzelni, hogy a Világóceán milyen hihetetlenül nagy energiatartalékokat tartalmaz. Nézzük meg, mi a víz belső energiája. Megjegyzendő, hogy termikus is, mert az óceánfelszín folyékony részének túlmelegedése következtében keletkezett. Így például 20 fokos különbséggel a fenékvízhez képest körülbelül 10^26 J értéket kap. Az óceánban folyó áramlatok mérésekor a mozgási energiáját körülbelül 10^18 J-ra becsülik.

Globális problémák

Vannak globális problémák, amelyeket globális szintre lehet emelni. Ezek tartalmazzák:

A fosszilis tüzelőanyag-készletek (elsősorban olaj és gáz) kimerülése;

Jelentős környezetszennyezés ezen ásványok használatával kapcsolatban;

Termikus „szennyezés”, valamint a légköri szén-dioxid koncentrációjának növekedése, ami globális éghajlati zavarokkal fenyeget;

az urántartalékok felhasználása, ami radioaktív hulladékok keletkezéséhez vezet, ami nagyon negatív hatással van minden élőlény életére;

A termonukleáris energia felhasználása.

Következtetés

Mindez a bizonytalanság a várható következményekkel kapcsolatban, amelyek biztosan bekövetkeznek, ha nem hagyjuk abba az ilyen módon előállított energia fogyasztását, arra készteti a tudósokat és mérnököket, hogy szinte minden figyelmüket ennek a probléma megoldásának szenteljék. Fő feladatuk az optimális energiaforrás megtalálása, de fontos a különböző természeti folyamatok bevonása is. Közülük a legnagyobb érdeklődés: a nap, vagy inkább a naphő, a szél és az energia a Világóceánban.

Sok országban a tengerekre és óceánokra régóta energiaforrásként tekintenek, és kilátásaik egyre biztatóbbak. Az óceán sok titkot rejt magában, belső energiája a lehetőségek feneketlen kútja. Már csak az a sok mód, ahogyan energiakinyerést biztosít számunkra (például óceáni áramlatok, árapály-energia, hőenergia és egyebek), máris elgondolkodtat a nagyszerűségén.

Belső energia test (jelölése: E vagy U) a molekula kölcsönhatásainak és hőmozgásának energiáinak összege. A belső energia a rendszer állapotának egyedi funkciója. Ez azt jelenti, hogy valahányszor egy rendszer egy adott állapotba kerül, belső energiája felveszi az ebben az állapotban rejlő értéket, függetlenül a rendszer korábbi történetétől. Következésképpen a belső energia változása az egyik állapotból a másikba való átmenet során mindig egyenlő lesz a végső és a kezdeti állapot értékei közötti különbséggel, függetlenül attól, hogy az átmenet milyen úton ment végbe.

A test belső energiája közvetlenül nem mérhető. Csak a belső energia változását határozhatja meg:

Ez a képlet a termodinamika első főtételének matematikai kifejezése

Kvázi statikus folyamatokra a következő összefüggés áll fenn:

Ideális gázok

Az empirikusan levezetett Joule-törvény szerint az ideális gáz belső energiája nem függ a nyomástól vagy a térfogattól. E tény alapján megkaphatjuk az ideális gáz belső energiájának változásának kifejezését. Az állandó térfogatú moláris hőkapacitás meghatározása szerint. Mivel egy ideális gáz belső energiája csak a hőmérséklet függvénye, akkor

Ugyanez a képlet igaz bármely test belső energiájának változásának kiszámítására is, de csak az állandó térfogatú folyamatokra (izokhorikus folyamatokra); általában a hőmérséklet és a térfogat függvénye.

Ha figyelmen kívül hagyjuk a moláris hőkapacitás változását a hőmérséklet változásával, akkor kapjuk:

ahol az anyag mennyisége, a hőmérséklet változása.

Irodalom

• Sivukhin D.V.Általános fizika tanfolyam. - 5. kiadás, átdolgozott. - M.: Fizmatlit, 2006. - T. II. Termodinamika és molekuláris fizika. - 544 p. - ISBN 5-9221-0601-5

Megjegyzések

Wikimédia Alapítvány. 2010.

Nézze meg, mi a „belső energia” más szótárakban:

belső energia- Egy zárt termodinamikai rendszer állapotának függvénye, amelyet az a tény határoz meg, hogy növekedése az ebben a rendszerben végbemenő bármely folyamatban megegyezik a rendszerre átadott hő és a rajta végzett munka összegével. Megjegyzés Belső energia...... Műszaki fordítói útmutató

Fizikai energia rendszer, a belsőtől függően. feltétel. V. e. magában foglalja a rendszer összes mikrorészecskéjének (molekulák, atomok, ionok stb.) kaotikus (termikus) mozgásának energiáját és e részecskék hatásának energiáját. Kinetikus. a rendszer egészének mozgási energiája és... Fizikai enciklopédia

BELSŐ ENERGIA- egy test vagy rendszer energiája, belső állapotától függően; testmolekulák és szerkezeti egységeik (atomok, elektronok, magok) mozgási energiájából, a molekulákban lévő atomok kölcsönhatási energiájából, az elektronikus... ... Nagy Politechnikai Enciklopédia

A test a test molekuláinak és szerkezeti egységeinek (atomok, elektronok, atommagok) kinetikus energiájából, a molekulákban lévő atomok kölcsönhatási energiájából stb. áll. A belső energiába nem tartozik bele a test mozgási energiája. egy teljes és potenciális energia... Nagy enciklopédikus szótár

belső energia- ▲ energia anyag test, összhangban, állapot, belső hőmérséklet belső en... Az orosz nyelv ideográfiai szótára

belső energia- a rendszer teljes energiája mínusz a potenciál, amelyet a külső erőterek rendszerre gyakorolt ​​hatása okoz (a gravitációs térben), és a mozgó rendszer kinetikai energiája. Általános kémia: tankönyv / A. V. Zholnin ... Kémiai kifejezések

Modern enciklopédia

Belső energia- test, magában foglalja a testet alkotó molekulák, atomok, elektronok, magok mozgási energiáját, valamint ezen részecskék egymással való kölcsönhatási energiáját. A belső energia változása számszerűen megegyezik a testen végzett munkával (például amikor... ... Illusztrált enciklopédikus szótár

belső energia- termodinamikai mennyiség, amely a rendszerben végrehajtott valamennyi típusú belső mozgás számát jellemzi. Egy test abszolút belső energiáját nem lehet megmérni. A gyakorlatban csak a belső energia változását mérik... ... Enciklopédiai Kohászati ​​Szótár

A test a test molekuláinak és szerkezeti egységeinek (atomok, elektronok, atommagok) kinetikus energiájából, a molekulákban lévő atomok kölcsönhatási energiájából stb. áll. A belső energiába nem tartozik bele a test mozgási energiája. egy teljes és potenciális energia... enciklopédikus szótár

Könyvek

• Qi útja. Az élet energiája a testedben. Gyakorlatok és meditációk, Matthew Sweigard. Az egyensúly és a belső harmónia születésünktől fogva adott, de a modern élet könnyen kizökkenthet a természetes egyensúlyból. Néha szándékosan megsértjük, mondjuk azzal, hogy túl sokat eszünk...

Minden körülöttünk lévő makroszkopikus test tartalmaz részecskéket: atomokat vagy molekulákat. Mivel állandó mozgásban vannak, egyszerre kétféle energiával rendelkeznek: kinetikus és potenciális energiával, és a test belső energiáját alkotják:

U = ∑ E k + ∑ E p

Ez a fogalom magában foglalja az elektronok, protonok és neutronok egymással való kölcsönhatásának energiáját is.

Lehetséges-e megváltoztatni a belső energiát

3 módja van a változtatásnak:

• a hőátadási folyamatnak köszönhetően;
• gépészeti munka elvégzésével;
• kémiai reakciókon keresztül.

Nézzük meg közelebbről az összes lehetőséget.

Ha a munkát maga a test végzi, akkor a belső energiája csökken, ha pedig a testen dolgozik, akkor a belső energiája nő.

Az energia növelésének legegyszerűbb példái a súrlódással történő tűzgyújtás esetei:

• tinder használata;
• kovakő használata;
• gyufák segítségével.

A hőmérséklet változásával járó termikus folyamatokat a belső energia változásai is kísérik. Ha felmelegítünk egy testet, az energiája megnő.

A kémiai reakciók eredménye az egymástól szerkezetükben és összetételükben eltérő anyagok átalakulása. Például az üzemanyag elégetésekor, miután a hidrogén egyesül az oxigénnel, szén-monoxid képződik. Amikor a sósav cinkkel egyesül, hidrogén szabadul fel, és a hidrogén égése következtében vízgőz szabadul fel.

A test belső energiája is megváltozik az elektronok egyik elektronhéjról a másikra való átmenete miatt.

Testek energiája – függőség és jellemzők

A belső energia a test termikus állapotának jellemzője. Attól függ:

• az aggregáció állapota, valamint a forrás és a párolgás, a kristályosodás vagy a kondenzáció, az olvadás vagy a szublimáció során bekövetkező változások;
• testsúly;
• testhőmérséklet, amely a részecskék mozgási energiáját jellemzi;
• fajta anyag.

Monatomikus ideális gáz belső energiája

Ez az energia ideális esetben az egyes részecskék kinetikus energiáiból, amelyek véletlenszerűen és folyamatosan mozognak, és egy adott testen belüli kölcsönhatásuk potenciális energiájából áll. Ez a hőmérséklet változása miatt következik be, amit Joule kísérletei is megerősítenek.

Egy monoatomos gáz belső energiájának kiszámításához használja a következő egyenletet:

Ahol a hőmérséklet változásától függően a belső energia megváltozik (növekszik a hőmérséklet emelkedésével, és csökken a csökkenésével). A belső energia az állapot függvénye.