Внутрішня енергія всіх частинок тіла вимірюється. Термодинаміка. Внутрішня енергія. Приклади розв'язання задач

Згідно з MKT всі речовини складаються з частинок, які перебувають у безперервному тепловому русі та взаємодіють одна з одною. Тому, навіть якщо тіло нерухоме і має нульову потенційну енергію, воно має енергію (внутрішню енергію), що являє собою сумарну енергію руху і взаємодії мікрочастинок, що становлять тіло. До складу внутрішньої енергії входять:

1. кінетична енергія поступального, обертального та коливального руху молекул;
2. потенційна енергія взаємодії атомів та молекул;
3. внутрішньоатомна та внутрішньоядерна енергії.

У термодинаміці розглядаються процеси при температурах, у яких не збуджується коливальний рух атомів у молекулах, тобто. при температурах, що не перевищують 1000 К. У цих процесах змінюються лише перші дві складові внутрішньої енергії. Тому

під внутрішньою енергієюу термодинаміці розуміють суму кінетичної енергії всіх молекул і атомів тіла та потенційної енергії їхньої взаємодії.

Внутрішня енергія тіла визначає його тепловий стан і змінюється під час переходу з одного стану до іншого. В даному стані тіло має цілком певну внутрішню енергію, яка не залежить від того, в результаті якого процесу воно перейшло в даний стан. Тому внутрішню енергію часто називають функцією стану тіла.

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

де i- ступінь свободи. Для одноатомного газу (наприклад, інертні гази) i= 3, для двоатомного - i = 5.

З цих формул видно, що внутрішня енергія ідеального газу залежить тільки від температури та числа молекулі залежить ні від обсягу, ні від тиску. Тому зміна внутрішньої енергії ідеального газу визначається лише зміною його температури і не залежить від характеру процесу, в якому газ переходить із одного стану в інший:

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

де Δ T = T 2 - T 1 .

• Молекули реальних газів взаємодіють між собою і тому мають потенційну енергію. W p , яка залежить від відстані між молекулами і, отже, від об'єму, що займає газ. Таким чином, внутрішня енергія реального газу залежить від його температури, обсягу та структури молекул.

*Виведення формули

Середня кінетична енергія молекули \(~\left\langle W_k \right\rangle = \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T\).

Число молекул у газі \(~N = \dfrac (m)(M) \cdot N_A\).

Отже, внутрішня енергія ідеального газу

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

Враховуючи що k⋅N A = R- універсальна газова постійна, маємо

\(~U = \dfrac(i)(2) \cdot \dfrac(m)(M) \cdot R \cdot T\) - внутрішня енергія ідеального газу.

Зміна внутрішньої енергії

Для вирішення практичних питань важливу роль відіграє не сама внутрішня енергія, а її зміна Δ U = U 2 - U 1 . Зміну внутрішньої енергії розраховують, виходячи з законів збереження енергії.

Внутрішня енергія тіла може змінюватися двома способами:

1. При здійсненні механічної роботи. а) Якщо зовнішня сила викликає деформацію тіла, то змінюються відстані між частинками, з яких воно складається, а отже, змінюється потенційна енергія взаємодії частинок. При непружних деформаціях, ще, змінюється температура тіла, тобто. змінюється кінетична енергія теплового руху частинок. Але при деформації тіла відбувається робота, яка є мірою зміни внутрішньої енергії тіла. б) Внутрішня енергія тіла змінюється також за його непружному зіткненні з іншим тілом. Як ми бачили раніше, при непружному зіткненні тіл їхня кінетична енергія зменшується, вона перетворюється на внутрішню (наприклад, якщо вдарити кілька разів молотком по дроту, що лежить на ковадлі, - дріт нагріється). Мірою зміни кінетичної енергії тіла є, відповідно до теореми про кінетичну енергію, робота діючих сил. Ця робота може бути і мірою зміни внутрішньої енергії. в) Зміна внутрішньої енергії тіла відбувається під дією сили тертя, оскільки, як відомо з досвіду, тертя завжди супроводжується зміною температури тіл, що труться. Робота сили тертя може бути мірою зміни внутрішньої енергії.
2. За допомогою теплообміну. Наприклад, якщо тіло помістити в полум'я пальника, його температура зміниться, отже, зміниться його внутрішня енергія. Однак ніяка робота тут не відбувалася, бо не відбувалося видимого переміщення ні тіла, ні його частин.

Зміна внутрішньої енергії системи без виконання роботи називається теплообміном(теплопередачею).

Існує три види теплообміну: теплопровідність, конвекція та випромінювання.

а) Теплопровідністюназивається процес теплообміну між тілами (або частинами тіла) за їх безпосереднього контакту, обумовлений тепловим хаотичним рухом частинок тіла. Амплітуда коливань молекул твердого тіла тим більше, що вища його температура. Теплопровідність газів обумовлена ​​обміном енергією між молекулами газу за її зіткненнях. У разі рідин працюють обидва механізми. Теплопровідність речовини максимальна у твердому та мінімальна у газоподібному стані.

б) Конвекціяявляє собою теплопередачу нагрітими потоками рідини або газу від одних ділянок об'єму, що займається ними, в інші.

в) Теплообмін при випромінюванніздійснюється на відстані за допомогою електромагнітних хвиль.

Розглянемо докладніше способи зміни внутрішньої енергії.

Механічна робота

Під час розгляду термодинамічних процесів механічне переміщення макротіл загалом розглядається. Поняття роботи пов'язується зі зміною обсягу тіла, тобто. переміщенням частин макротіла один щодо одного. Цей процес призводить до зміни відстані між частинками, а також часто до зміни швидкостей їх руху, отже, до зміни внутрішньої енергії тіла.

Ізобарний процес

Розглянемо спочатку ізобарний процес. Нехай у циліндрі з рухомим поршнем знаходиться газ за температури T 1 (рис. 1).

Повільно нагріватимемо газ до температури T 2 . Газ ізобарично розширюватиметься, і поршень переміститься зі становища 1 у становище 2 на відстань Δ l. Сила тиску газу при цьому здійснить роботу над зовнішніми тілами. Так як p= const, то й сила тиску F = p⋅Sтеж постійна. Тому роботу цієї сили можна розрахувати за формулою

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

де Δ V- Зміна обсягу газу.

• Якщо обсяг газу не змінюється (ізохорний процес), то робота газу дорівнює нулю.

• Газ виконує роботу лише у процесі зміни свого обсягу.

При розширенні (Δ V> 0) газу відбувається позитивна робота ( А> 0); при стисканні (Δ V < 0) газа совершается отрицательная работа (А < 0).

• Якщо розглядати роботу зовнішніх сил A " (А " = –А), то при розширенні (Δ V> 0) газу А " < 0); при сжатии (ΔV < 0) А " > 0.

Запишемо рівняння Клапейрона-Менделєєва для двох станів газу:

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

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

Отже, при ізобарному процесі

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

Якщо ν = 1 моль, то за Δ Τ = 1 До отримаємо, що Rчисельно дорівнює A.

Звідси випливає фізичний зміст універсальної газової постійної: вона чисельно дорівнює роботі, яка здійснюється 1 моль ідеального газу при його ізобарному нагріванні на 1 К.

Чи не ізобарний процес

На графіку p (V) при ізобарному процесі робота дорівнює площі заштрихованого малюнку 2, а прямокутника.

Якщо процес не ізобарний(рис. 2, б), то криву функції p = f(V) можна уявити як ламану, що складається з великої кількості ізохор та ізобар. Робота на ізохорних ділянках дорівнює нулю, а сумарна робота на всіх ізобарних ділянках дорівнюватиме

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

тобто. буде рівна площі заштрихованої фігури.

При ізотермічному процесі (Т= const) робота дорівнює площі заштрихованої фігури, зображеної на малюнку 2, ст.

Визначити роботу, використовуючи останню формулу, можна лише тому випадку, якщо відомо, як змінюється тиск газу за зміни його обсягу, тобто. відомий вид функції p = f(V).

Таким чином, видно, що навіть при тому самому зміні обсягу газу робота залежатиме від способу переходу (тобто від процесу: ізотермічний, ізобарний …) з початкового стану газу в кінцевий. Отже, можна дійти невтішного висновку, що

• Робота в термодинаміці є функцією процесу не є функцією стану.

Кількість теплоти

Як відомо, при різних механічних процесах відбувається зміна механічної енергії W. Мірою зміни механічної енергії є робота сил, прикладених до системи:

\(~\Delta W = A.\)

Під час теплообміну відбувається зміна внутрішньої енергії тіла. Мірою зміни внутрішньої енергії при теплообміні є кількість теплоти.

Кількість теплоти- це міра зміни внутрішньої енергії у процесі теплообміну.

Таким чином, і робота, і кількість теплоти характеризують зміну енергії, але не тотожні внутрішньої енергії. Вони не характеризують сам стан системи (як це робить внутрішня енергія), а визначають процес переходу енергії з одного виду до іншого (від одного тіла до іншого) при зміні стану і істотно залежать від характеру процесу.

Основна відмінність між роботою та кількістю теплоти полягає в тому, що

• робота характеризує процес зміни внутрішньої енергії системи, що супроводжується перетворенням енергії з одного виду на інший (з механічної у внутрішню);
• кількість теплоти характеризує процес передачі внутрішньої енергії від одних тіл до інших (від більш нагрітих до менш нагрітих), що не супроводжується перетвореннями енергії.

Нагрівання (охолодження)

Досвід показує, що кількість теплоти, необхідна для нагрівання тіла масою mвід температури T 1 до температури T 2 , розраховується за формулою

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

де c- Питома теплоємність речовини (таблична величина);

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

Одиницею питомої теплоємності СІ є джоуль на кілограм-Кельвін (Дж/(кг·К)).

Питома теплоємність cчисельно дорівнює кількості теплоти, яку необхідно повідомити тілу масою 1 кг, щоб нагріти його на 1 К.

Крім питомої теплоємності, розглядають і таку величину, як теплоємність тіла.

Теплоємністьтіла Cчисельно дорівнює кількості теплоти, необхідної зміни температури тіла на 1 К:

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

Одиницею теплоємності тіла в СІ є Джоуль на Кельвін (Дж/К).

Пароутворення (конденсація)

Для перетворення рідини на пару при незмінній температурі необхідно витратити кількість теплоти

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

де L- Питома теплота пароутворення (таблична величина). При конденсації пари виділяється така сама кількість теплоти.

Одиницею питомої теплоти пароутворення СІ є джоуль на кілограм (Дж/кг).

Плавлення (кристалізація)

Для того, щоб розплавити кристалічне тіло масою mпри температурі плавлення необхідно тілу повідомити кількість теплоти

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

де λ - Питома теплота плавлення (таблична величина). При кристалізації тіла така сама кількість теплоти виділяється.

Одиницею питомої теплоти плавлення СІ є джоуль на кілограм (Дж/кг).

Згоряння палива

Кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні палива масою m,

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

де q- Питома теплота згоряння (таблична величина).

Одиницею питомої теплоти згоряння СІ є джоуль на кілограм (Дж/кг).

Література

Аксенович Л. А. Фізика у середній школі: Теорія. Завдання. Тести: Навч. посібник для установ, які забезпечують отримання заг. середовищ, освіти / Л. А. Аксенович, Н. Н. Ракіна, К. С. Фаріно; За ред. К. С. Фаріно. – Мн.: Адукація i виховання, 2004. – C. 129-133, 152-161.

Найчастіші запитання

Чи можливо виготовити друк на документі за наданим зразком? Відповідь Так можливо. Надішліть на нашу електронну адресу скан-копію або фото гарної якості, і ми виготовимо необхідний дублікат.

Які види оплати ви приймаєте? Відповідь Ви можете сплатити документ під час отримання на руки у кур'єра, після того, як перевірите правильність заповнення та якість виконання диплома. Також це можна зробити в офісі поштових компаній, що пропонують послуги післяплати.
Всі умови доставки та оплати документів розписані у розділі «Оплата та доставка». Також готові вислухати Ваші пропозиції щодо умов доставки та оплати за документ.

Чи можу я бути впевнена, що після оформлення замовлення ви не зникнете з моїми грошима? Відповідь У сфері виготовлення дипломів у нас є досить тривалий досвід роботи. У нас є кілька сайтів, які постійно оновлюються. Наші фахівці працюють у різних куточках країни, виготовляючи понад 10 документів на день. За роки роботи наші документи допомогли багатьом людям вирішити проблеми працевлаштування або перейти на більш високооплачувану роботу. Ми заробили довіру і визнання серед клієнтів, тому у нас немає причин чинити подібним чином. Тим більше, що це просто неможливо зробити фізично: Ви оплачуєте своє замовлення у момент отримання його на руки, передоплати немає.

Чи можу я замовити диплом будь-якого ВНЗ? Відповідь Загалом, так. Ми працюємо у цій сфері майже 12 років. За цей час сформувалася майже повна база видаваних документів багатьох ВНЗ країни і за різні роки видачі. Все, що Вам потрібно – вибрати ВУЗ, спеціальність, документ та заповнити форму замовлення.

Що робити при виявленні в документі помилок та помилок? Відповідь Отримуючи документ у нашого кур'єра чи поштової компанії, ми рекомендуємо ретельно перевірити всі деталі. Якщо буде виявлено помилку, помилку або неточність, Ви маєте право не забирати диплом, при цьому потрібно вказати виявлені недоліки особисто кур'єру або письмово, відправивши листа на електронну пошту.
У найкоротший термін ми виправимо документ та повторно відправимо на вказану адресу. Зрозуміло, пересилання буде сплачено нашою компанією.
Щоб уникнути подібних непорозумінь перед тим, як заповнювати оригінальний бланк, ми надсилаємо на пошту замовнику макет майбутнього документа, для перевірки та затвердження остаточного варіанту. Перед надсиланням документа кур'єром або поштою ми також робимо додаткове фото та відео (в т. ч. в ультрафіолетовому світінні), щоб Ви мали наочне уявлення про те, що отримаєте у результаті.

Що потрібно зробити, щоб замовити диплом у вашій компанії? Відповідь Для замовлення документа (атестата, диплома, академічної довідки та ін.) необхідно заповнити онлайн-форму замовлення на нашому сайті або повідомити свою електронну пошту, щоб ми надіслали вам бланк анкети, який потрібно заповнити та надіслати назад нам.
Якщо ви не знаєте, що вказати в якомусь полі форми замовлення/анкети, залиште їх незаповненими. Всю інформацію, що бракує, ми тому уточнимо в телефонному режимі.

Останні відгуки

Олег:

Навчався на програміста, влаштувався працювати в організацію, яка була провайдером інтернет-послуг. Поки був неодруженим, жив із батьками, моєї зарплати мені було достатньо. У 25 років зустрів дівчину, одружився. Дітки один за одним народились. Моєї зарплати ледь вистачало на їжу. Із дружиною вирішили, що треба щось міняти. Вирішили, що треба засвоїти нову професію за кордоном. Знайшов у інтернеті ваші послуги. Замовив диплом. Поїхав до іншої країни, влаштувався, отримую хорошу винагороду. Купив автомобіль престижний. Хлопці, дай вам Бог здоров'я!

Ольга:

Я навчалася на заочному відділенні у вищому навчальному закладі. Коли отримала диплом, сподівалася одразу влаштуватися на престижну роботу. Але конкуренція виявилася дуже високою, на одне місце претендувало понад десять осіб. Довелося погодитись на роботу не за спеціальністю з мінімальною оплатою. Працювала так уже багато років. Зважилася на зміни. Звернулась до фірми за послугою з виготовлення профільного диплома. Змінила рід діяльності, дуже рада, що так вийшло. Дякую вам, хлопці!

Едуард:

Ніколи не було довіри до подібних компаній, але мої сумніви розвіялися, коли вирішив сам звернутися. На жаль, через нещасний випадок втратив майже всі документи, серед них був і диплом, а без нього навіть на роботу не влаштуватися. Щоб не витрачати час на поновлення документа, вирішив перевірити роботу цієї компанії. Зателефонував за вказаним номером і замовив. Диплом отримав у вказаний термін. Якість порадувало, схожість із оригіналом на всі 100%.

Ірина:

Добрий вечір, дякую за роботу! Залишилася задоволеною якістю документів. Коли я прийшла на роботу після покупки диплома, то побачила, що у начальниці документ того ж вузу! Злякалася сильно, виявилося, вона не перевіряє документацію на базі, а порівнює зі своїм (друком, підписом). Яким же був мій подив, коли вона навіть не помітила нічого підозрілого. Якщо начальниця повірила, тепер можна інших перевірок не боятися. Велике вам дякую.

Максим:

Купував тут диплом, навіть не думав, що він виявиться такої відмінної якості. Доставили менше ніж за 5 днів. Всі дані написані без помилок, базою даних проходить. Також хочу подякувати за оперативність, менеджер дуже швидко зі мною зв'язався, врахував усі мої побажання. Робота виконана ідеально - так як мені і потрібно, дякую компанії за чудову роботу!

Рита:

На роботі терміново знадобився диплом, щоби піти на підвищення. На надання диплома про вищу освіту я мав лише тиждень. Єдиний вихід для мене – купити диплом. Менеджер одразу відгукнувся, уточнив усю інформацію, за чотири дні диплом був у мене в руках. Дуже хвилювалася, чи буде виконано роботу якісно. Отримувала поштою, сплатила там же, тож ніяких ризиків. Залишилася задоволена, все як в оригіналі, дякую.

Термодинаміка як дисципліна сформувалася до середини 19 століття. Це сталося після відкриття закону про збереження енергії. Існує певний зв'язок між термодинамікою та молекулярною кінетикою. Яке місце у теорії займає внутрішня енергія? Розглянемо це у статті.

Статистична механіка та термодинаміка

Вихідною науковою теорією про теплові процеси стала не молекулярно-кінетична. Першою була термодинаміка. Вона сформувалася у процесі вивчення оптимальних умов застосування теплоти для роботи. Це сталося в середині 19-го століття, перш ніж молекулярна кінетика отримала визнання. На сьогоднішній день у техніці та науці застосовується як термодинаміка, так і молекулярно-кінетична теорія. Остання в теоретичній фізиці називається статистичною механікою. Вона поряд із термодинамікою досліджує із застосуванням різних методів однакові явища. Ці дві теорії взаємно доповнюють одна одну. Основу термодинаміки складено двома її законами. Обидва вони стосуються поведінки енергії та встановлені досвідченим шляхом. Ці закони справедливі для будь-якої речовини незалежно від внутрішньої будови. Глибокішою і найточнішою наукою вважається статистична механіка. У порівнянні з термодинамікою вона становить велику складність. Її застосовують у тому випадку, коли термодинамічні співвідношення виявляються недостатніми для пояснення досліджуваних явищ.

Молекулярно-кінетична теорія

До середини 19 століття було доведено, що поряд з механічною існує і внутрішня енергія макроскопічних тіл. Вона входить у баланс енергетичних природних перетворень. Після того як було відкрито внутрішню енергію, було сформульовано положення про її збереження та перетворення. У той час як шайба, що ковзає по льоду, зупиняється під впливом сили тертя, її кінетична (механічна) енергія не просто перестає існувати, а й передається молекулам шайби та льоду. Під час руху нерівності поверхонь тіл, що піддаються тертю, деформуються. При цьому інтенсивність молекул, що рухаються безладно, зростає. Під час нагрівання обох тіл зростає внутрішня енергія. Неважко поспостерігати і зворотний перехід. При нагріванні води в закритій пробірці внутрішня енергія (і її, і пари, що утворюється) починає зростати. Тиск збільшиться, внаслідок чого пробка буде витіснена. Внутрішня енергія пари спричинить збільшення кінетичної енергії. У процесі розширення пар виконує роботу. У цьому його внутрішня енергія зменшується. У результаті відбувається охолодження пари.

Внутрішня енергія. Загальна інформація

При безладному русі всіх молекул сума їх кінетичних енергій, і навіть потенційних енергій їх взаємодій становить внутрішню энергию. Враховуючи положення молекул щодо один одного та їх рух, обчислити цю суму практично неможливо. Це зумовлено величезною кількістю елементів у макроскопічних тілах. У зв'язку з цим необхідно вміти обчислювати значення відповідно до макроскопічних параметрів, які можна виміряти.

Одноатомний газ

Речовина вважається досить простою за своїми властивостями, оскільки складається з окремих атомів, а не молекул. До одноатомних газів відносять аргон, гелій, неон. Потенційна енергія у разі дорівнює нулю. Це пов'язано з тим, що молекули в ідеальному газі одна з одною не взаємодіють. Кінетична енергія безладного молекулярного руху є визначальною для внутрішньої (U). Для того, щоб обчислити U одноатомного газу масою m, нам необхідно зробити множення кінетичної енергії (середньої) 1-го атома на загальну кількість всіх атомів. Але заодно треба враховувати, що kNA=R. Виходячи з наявних у нас даних, ми отримуємо таку формулу: U= 2/3 x m/M x RT,де внутрішня енергія прямо пропорційна до абсолютної температури. Усі зміни U визначаються тільки T (температурою), заміряної у початковому та підсумковому стані газу, і не мають прямого відношення до обсягу. Це пов'язано з тим, що взаємодії його потенційної енергії дорівнюють 0, і зовсім не залежать від інших системних параметрів макроскопічних об'єктів. За наявності складніших молекул ідеальний газ також матиме внутрішню енергію, прямо пропорційну до абсолютної температури. Але, треба сказати, при цьому між U та T коефіцієнт пропорційності зміниться. Адже складні молекули виконують як поступальні руху, а й обертальні. Внутрішня енергія дорівнює сумі цих рухів молекул.

Від чого залежить U?

Внутрішня енергія під впливом однієї з макроскопічних параметрів. Це температура. У реальних газів, рідких і твердих тіл потенційна енергія (середня) при взаємодії молекул не дорівнює нулю. Хоча, якщо розглянути точніше, для газів вона набагато менша за кінетичну (середню ж). При цьому для твердих і рідких тіл - можна порівняти з нею. А ось середня U залежить від V речовини, тому що в період її зміни змінюється і середня відстань, яка є між молекулами. З цього випливає, що в термодинаміці внутрішня енергія залежить від температури T, а й від V (об'єму). Їхнє значення однозначно визначає стан тіл, а значить і U.

Світовий океан

Важко уявити, які неймовірно великі запаси енергії містить Світовий океан. Розглянемо, що є внутрішня енергія води. Слід зазначити, що вона є теплової, оскільки утворилася внаслідок перегріву рідкої частини поверхні океану. Так ось, маючи різницю, наприклад, в 20 градусів по відношенню до донної води, вона набуває значення близько 10^26 Дж. При вимірі течій в океані його кінетична енергія оцінюється величиною близько 10^18 Дж.

Глобальні проблеми

Існують глобальні проблеми, які можна поставити на світовий рівень. До них відносять:

Виснаження запасів викопного палива (в першу чергу нафти та газу);

Значне забруднення довкілля, що з використанням цих копалин;

Теплове "забруднення" плюс до всього підвищення концентрації атмосферної вуглекислоти, що загрожує глобальними кліматичними порушеннями;

використання уранових запасів, що призводять до появи радіоактивних відходів, які дуже негативно позначаються на життєдіяльності всього живого;

Використання термоядерної енергії.

Висновок

Вся ця невизначеність щодо очікування наслідків, які неодмінно настануть, якщо не перестати споживати енергію, здобуту такими способами, змушує вчених та інженерів приділяти практично всю свою увагу вирішенню цієї проблеми. Їхнім головним завданням є пошук оптимального джерела енергії, важливо і залучення різних природних процесів. Серед них найбільший інтерес становлять: сонце, вірніше сонячне тепло, вітер та енергія у Світовому океані.

У багатьох країнах моря та океани давно розглядають як джерело енергії, та їх перспективи стають все більш перспективними. Океан таїть у собі чимало таємниць, його внутрішня енергія - це бездонна криниця можливостей. Одне лише те, скільки способів добування енергії він нам надає (таких як океанські течії, енергія припливів і відливів, термальна енергія та інші), вже змушує задуматися про його велич.

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

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

Ця формула є математичним виразом першого початку термодинаміки.

Для квазістатичних процесів виконується таке співвідношення:

Ідеальні гази

Відповідно до закону Джоуля, виведеного емпірично, внутрішня енергія ідеального газу залежить від тиску чи обсягу. Виходячи з цього факту, можна отримати вираз зміни внутрішньої енергії ідеального газу. За визначенням молярної теплоємності при постійному обсязі, . Оскільки внутрішня енергія ідеального газу є лише функцією від температури, то

Ця сама формула правильна й у обчислення зміни внутрішньої енергії будь-якого тіла, але у процесах при постійному обсязі (изохорных процесах); у випадку є функцією і температури, і обсягу.

Якщо нехтувати зміною молярної теплоємності при зміні температури, отримаємо:

де – кількість речовини, – зміна температури.

Література

• Сивухін Д. В.Загальний курс фізики - Видання 5-те, виправлене. - М.: Фізматліт, 2006. - Т. II. Термодинаміка та молекулярна фізика. – 544 с. - ISBN 5-9221-0601-5

Примітки

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Внутрішня енергія" в інших словниках:

внутрішня енергія- Функція стану закритої термодинамічної системи, яка визначається тим, що її збільшення в будь-якому процесі, що відбувається в цій системі, дорівнює сумі теплоти, повідомленої системі, і роботи, виконаної над нею. Примітка Внутрішня енергія… … Довідник технічного перекладача

Енергія фіз. системи, що залежить від її внутр. стану. Ст е.. включає енергію хаотичного (теплового) руху всіх мікрочастинок системи (молекул, атомів, іонів і т. д.) та енергію впливу цих ч ц. Кінетіч. енергія руху системи як цілого та … Фізична енциклопедія

ВНУТРІШНЯ ЕНЕРГІЯ- енергія тіла або системи, яка залежить від їхнього внутрішнього стану; складається з кінетичної енергії молекул тіла та їх структурних одиниць (атомів, електронів, ядер), енергії взаємодії атомів у молекулах, енергії взаємодії електронних… Велика політехнічна енциклопедія

Тіла складається з кінетичної енергії молекул тіла та їх структурних одиниць (атомів, електронів, ядер), енергії взаємодії атомів у молекулах і т. д. До внутрішньої енергії не входить енергія руху тіла як цілого і потенційна енергія … Великий Енциклопедичний словник

внутрішня енергія- ▲ енергія матеріальне тіло, відповідно до, стан, внутрішній температура внутрішня ен … Ідеографічний словник української мови

внутрішня енергія- - це повна енергія системи за вирахуванням потенційної, обумовленої впливом на систему зовнішніх силових полів (у полі тяжіння), і кінетичної енергії системи, що рухається. Загальна хімія: підручник / А. В. Жолнін … Хімічні терміни

Сучасна енциклопедія

Внутрішня енергія- тіла, що включає кінетичну енергію складових тіло молекул, атомів, електронів, ядер, а також енергію взаємодії цих частинок один з одним. Зміна внутрішньої енергії чисельно дорівнює роботі, яку здійснюють над тілом (наприклад, при його… Ілюстрований енциклопедичний словник

внутрішня енергія- термодинамічна величина, що характеризує кількість всіх видів внутрішніх рухів, скоєних у системі. Виміряти абсолютну внутрішню енергію тіла неможливо. Насправді вимірюють лише зміна внутрішню энергию… … Енциклопедичний словник з металургії

Тіла складається з кінетичної енергії молекул тіла та їх структурних одиниць (атомів, електронів, ядер), енергії взаємодії атомів у молекулах і т. д. У внутрішню енергію не входить енергія руху тіла як цілого і потенційна енергія … Енциклопедичний словник

Книги

• Шлях Ці. Енергія життя у вашому тілі. Вправи та медитації, Свейгард Метью. Врівноваженість та внутрішня гармонія дано нам від народження, але сучасне життя легко може вибити нас із природної рівноваги. Іноді ми порушуємо його свідомо, скажімо, їмо занадто…

Всі навколишні макроскопічні тіла у своєму складі мають частинки: атоми або молекули. Перебуваючи в постійному русі, вони одночасно мають два види енергії: кінетичну і потенційну і формують внутрішню енергію тіла:

U = ∑ Е k +∑ Е p

До цього поняття входить також енергія взаємодії друг з одним електронів, протонів, нейтронів.

Чи можлива зміна внутрішньої енергії

Існує 3 способи її зміни:

• завдяки процесу теплопередачі;
• шляхом здійснення механічної роботи;
• за допомогою хімічних реакцій.

Розглянемо докладніше всі варіанти.

Якщо роботу здійснюватиме саме тіло, то його внутрішня енергія зменшуватиметься, а коли роботу виконують над тілом, внутрішня його енергія збільшуватиметься.

Найпростішими прикладами збільшення енергії є випадки добування вогню за допомогою тертя:

• із застосуванням трута;
• за допомогою кресала;
• з використанням сірників.

Теплові процеси, пов'язані із змінами температури, також супроводжуються змінами внутрішньої енергії. Якщо нагрівати тіло, його енергія зростатиме.

Результатом хімічних реакцій є перетворення речовин, які відмінні один від одного будовою та складом. Наприклад, у процесі горіння палива після з'єднання водню з киснем утворюється оксид вуглецю. При з'єднанні соляної кислоти з цинком виділиться водень, а в результаті горіння водню виділиться водяна пара.

Внутрішня енергія тіла змінюватиметься і через переход електронів з однієї електронної оболонки на іншу.

Енергія тіл — залежність та характеристики

Внутрішня енергія є характеристикою теплового стану тіла. Вона залежить від:

• агрегатного стану, і змінюється при кипінні та випаровуванні, кристалізації або конденсації, плавленні або сублімації;
• маси тіла;
• температури тіла, що характеризує кінетичну енергію частинок;
• роду речовини.

Внутрішня енергія одноатомного ідеального газу

Ця енергія, в ідеалі, складається з кінетичних енергій кожної частки, яка безладно і безперервно рухається, та потенційної енергії їхньої взаємодії в рамках конкретного тіла. Це відбувається завдяки зміні температури, що підтверджують проведені експерименти Джоуля.

Для розрахунку внутрішньої енергії одноатомного газу користуються рівнянням:

Де в залежності від зміни температури змінюватиметься внутрішня енергія (зростатиме зі збільшенням температури, і зменшуватиметься з її зменшенням). Внутрішня енергія – це функція стану.