Keha siseenergia muutmise viisid. Energia jäävuse ja muundamise seadus mehaanilistes ja termilistes protsessides. Suletud toru eetriga

Keha siseenergia ei ole püsiv väärtus. Samas kehas võib see muutuda.

Temperatuuri tõustes suureneb keha siseenergia., kuna molekulide keskmine liikumiskiirus suureneb.

Järelikult suureneb selle keha molekulide kineetiline energia. Temperatuuri langusega, vastupidi, keha siseenergia väheneb..

Sellel viisil, keha siseenergia muutub koos molekulide liikumiskiiruse muutumisega.

Proovime välja selgitada, mil viisil on võimalik molekulide liikumiskiirust suurendada või vähendada. Selleks teeme järgmise katse. Kinnitame õhukese seinaga messingtoru alusele (joon. 3). Valage torusse veidi eetrit ja sulgege see korgiga. Seejärel mähime toru köiega ja hakkame seda kiiresti liigutama ühes, siis teises suunas. Mõne aja pärast läheb eeter keema ja aur ajab pistiku välja. Kogemus näitab, et eetri siseenergia on suurenenud: on ju see kuumenenud ja isegi keema läinud.

Riis. 3. Suurendus sisemine energia keha selle kallal tööd tehes

Siseenergia tõus tekkis toru köiega hõõrudes tehtud töö tulemusena.

Kehade kuumenemine toimub ka löökide, pikenemise ja painutamise ajal, see tähendab deformatsiooni ajal. Keha siseenergia kõigis toodud näidetes suureneb.

Seega keha siseenergiat saab suurendada keha kallal tööd tehes.

Kui keha ise teeb tööd, siis tema sisemine, energia väheneb.

Teeme järgmise katse.

Paksu seinaga korgiga suletud klaasanumasse pumbake õhk läbi selles oleva spetsiaalse ava (joonis 4).

Riis. 4. Keha siseenergia vähenemine keha enda poolt tööd tehes

Mõne aja pärast hüppab pistik anumast välja. Sel hetkel, kui kork anumast välja hüppab, tekib udu. Selle välimus tähendab, et anumas olev õhk on muutunud külmemaks. Suruõhk anumas, surudes pistiku välja, teeb töö ära. Ta teeb seda tööd oma sisemise energia arvelt, mis samal ajal väheneb. Siseenergia vähenemist saab hinnata anumas oleva õhu jahtumise järgi. Niisiis, keha siseenergiat saab tööd tehes muuta.

Keha siseenergiat saab muuta ka muul viisil, ilma tööd tegemata. Näiteks keeb pliidile asetatud veekeetjas vesi. Ruumi õhku ja erinevaid esemeid soojendab keskkütteradiaator, majade katuseid soojendavad päikesekiired jne. Kõigil neil juhtudel tõuseb kehade temperatuur, mis tähendab, et nende siseenergia suureneb. . Aga töö on tegemata.

Tähendab, siseenergia muutus võib toimuda mitte ainult töö tegemise tulemusena.

Kuidas seletada nendel juhtudel siseenergia suurenemist?

Mõelge järgmisele näitele.

Pange metallist kudumisvarras klaasi kuuma vette. Kuuma vee molekulide kineetiline energia on suurem kineetiline energia külma metalli osakesed. Kuuma vee molekulid, mis interakteeruvad külma metalli osakestega, kannavad osa oma kineetilisest energiast neile üle. Selle tulemusena väheneb veemolekulide energia keskmiselt, samas kui metalliosakeste energia suureneb. Vee temperatuur langeb ja metallkodara temperatuur järk-järgult tõuseb. Mõne aja pärast nende temperatuur ühtlustub. See kogemus näitab kehade siseenergia muutumist.

Niisiis, kehade siseenergiat saab soojusülekandega muuta.

Siseenergia muutmise protsessi ilma keha või keha enda kallal tööd tegemata nimetatakse soojusülekandeks.

Soojusülekanne toimub alati kindlas suunas: kõrgema temperatuuriga kehadelt madalama temperatuuriga kehadele.

Kui kehade temperatuurid ühtlustuvad, soojusülekanne peatub.

Keha siseenergiat saab muuta kahel viisil: mehaanilist tööd tehes või soojusülekandega.

Soojusülekannet saab omakorda läbi viia: 1) soojusjuhtivus; 2) konvektsioon; 3) kiirgus.

Küsimused

1. Kasutades joonist 3, kirjelda, kuidas muutub keha siseenergia, kui sellega tööd tehakse.
2. Kirjeldage kogemust, mis näitab, et keha suudab sisemise energiaga tööd teha.
3. Too näiteid keha siseenergia muutustest soojusülekande abil.
4. Selgitage aine molekulaarstruktuuri põhjal kuuma vette kastetud kodara kuumutamist.
5. Mis on soojusülekanne?
6. Millisel kahel viisil saab keha siseenergiat muuta?

2. harjutus

1. Hõõrdejõud mõjutab keha. Kas keha siseenergia muutub samal ajal? Mille alusel saab seda hinnata?
2. Kiiresti mööda nööri laskudes lähevad käed kuumaks. Selgitage, miks see juhtub.

Harjutus

Asetage münt vineerile või puitplaadile. Vajutage münt lauale ja liigutage seda kiiresti ühes või teises suunas. Pange tähele, mitu korda peate münti liigutama, et saada soojaks ja kuumaks. Tehke järeldus tehtud töö ja keha siseenergia suurenemise vahelise seose kohta.

Kui keha kukub, muutub selle potentsiaalne energia kineetiliseks energiaks. Kui plii langeb pall pliiplaadil, muundatakse mehaaniline energia palli ja plaadi siseenergia. Auto ja traktori mootoris muundatakse kütuse siseenergia mehaaniliseks liikumisenergiaks.

Mehaanilised ja sisemised energiad võivad kanduda ühelt kehalt teisele. Voolava vee kineetiline energia kandub üle näiteks turbiini ratastele ja liikuva tuule energia - tuuliku tiibadele... Vaatlesime siseenergia üleminekut ühelt kehalt teisele soojusülekande käigus, mil ühest kehast (näiteks köetavast ahjust) kandus siseenergia üle teise kehasse (õhk ruumis).

Kas energia säilib, kui see läheb ühest kehast teise või kui see muundub ühest tüübist teise?

Pärast näite vaatamist ja tegemist laboritööd segades sooja ja külma vett, veendusime, et kuuma poolt eraldatud soojushulk vesi oli võrdne külma poolt saadud soojushulgaga vesi. See tähendab, et kui palju siseenergiat andis üks keha, sai teine ​​sama palju ehk siseenergia väärtus säilis üleminekul ühelt kehalt teisele.

See järeldus ei kehti ainult siseenergia kohta.

Kõik muud keerukamad katsed, mida me tulevikus uurime, näitavad, et energia mis tahes muundamisega säilib selle väärtus.

Vaatlused ja katsed on viinud selleni ühe põhiseaduse avastamine füüsika - energia jäävuse ja muundamise seadus.

See seadus ütleb, et energia ei kao ega teki. See muundub ainult ühest tüübist teise või liigub ühest kehast teise.

Energia ei saa ilmuda kehast, kui ta pole seda saanud teiselt kehalt. Voolava vee ja tuule energia saadakse teatavasti energia arvelt Päike, ülespoole lendava raketi potentsiaalne energia – tänu energiale käivitamisel kulutatud kütus; ruumi õhk soojeneb ehk selle siseenergia: suureneb pliidilt või radiaatorilt saadava energia tõttu.

Energia jäävuse seadus on üks suurimaid loodusseadusi. Jälgime selle avaldumist nii elus kui ka eluta looduses, seda arvestatakse alati teaduses ja tehnikas.

Erinevaid mehhanisme uurides tutvusime mehaanika "kuldreegliga", mille kohaselt ei saa ükski mehhanism töös võitu anda. See reegel on üks energia jäävuse seaduse ilmingutest. Tõepoolest, kui me, tõstes keha kangi abil, saaksime tööd rohkem kui see, mida me tegime, oleks tõstetud keha potentsiaalne energia suurem kui kulutatud energia ja see on jäävuse seaduse järgi võimatu. energiat.

Energia jäävuse seadus lükkab ümber religioossed legendid maailma loomisest Jumala poolt. Sellest järeldub, et materiaalset maailma ei loonud keegi, see eksisteerib igavesti, pidevalt arenedes.

Küsimused. 1. Too näiteid teisendusest mehaaniline energia sisemiseks ja sisemiseks mehaaniliseks. 2. Too näiteid mehaanilise energia ülekandumisest ühelt kehalt teisele. 3. Milline kogemus näitab, et siseenergia üleminekul ühelt kehalt teisele selle väärtus säilib? 4. Mis on energiate jäävuse seadus? 5. Mis tähtsus on energia jäävuse seadusel teaduses ja tehnikas?

Harjutused.

1. Kui vasar kukub, lööb vasar vastu vaia ja lööb selle maasse. Millised energia muundumised ja üleminekud sel juhul toimuvad? (Pange tähele, et hunnik ja pinnas kuumenevad kokkupõrkel.)
2. Millised muutused toimuvad auto kineetilises energias pidurdamisel?
3. Kaks identset teraskuulid langevad samalt, kõrguselt... Üks kukub terasplaadile ja põrkab üles, teine ​​kukub liiva sisse ja takerdub sellesse. Millised energiasiirded igal juhul toimuvad?
4. Kirjeldage kõiki muutusi ja energia üleminekuid, mis tekivad korgiga suletud toru hõõrumisel eetriga.

Energia muundamise nähtusi mehaanilistes protsessides käsitles § 2. Meenutagem mõnda neist. Visates üles kivi või palli, anname neile liikumisenergiat – kineetilise energia.

Pärast teatud kõrgusele tõusmist objekt peatub ja hakkab seejärel langema. Seiskumise hetkel (ülemises punktis) muundatakse kogu kineetiline energia täielikult potentsiaaliks. Kui keha liigub allapoole, toimub vastupidine protsess. Potentsiaalne energia muundatakse kineetiliseks energiaks.

Nende teisenduste ajal jääb kogu mehaaniline energia, st potentsiaalse ja kineetilise energia summa muutumatuks. Kui eeldame, et potentsiaalne energia Maa pinnal on null, siis on keha kineetilise ja potentsiaalse energia summa tõusu või languse mis tahes kõrgusel võrdne

Kogu mehaaniline energia ehk keha potentsiaalse ja kineetilise energia summa jääb konstantseks, kui mõjuvad ainult elastsus- ja gravitatsioonijõud ning puuduvad hõõrdejõud.

See on mis mehaanilise energia jäävuse seadus.

a - Maa pinna kuumutamine; b - päikeseenergia neeldumine taimede poolt ja selle muundumine keemiliseks energiaks

Kui uurisime pliipalli kukkumist pliilauale, siis jälgisime mehaanilise energia muutumist siseenergiaks.

Seega mehaaniline ja sisemine energia võivad kanduda ühelt kehalt teisele.

See järeldus kehtib kõigi termiliste protsesside kohta. Soojusülekandega annab näiteks soojem keha energiat välja ja vähem kuumenenud keha saab energiat.

Kütuse põletamisel automootoris muundatakse kütuse siseenergia mehaaniliseks liikumisenergiaks.

Kui energia kandub ühest kehast teise või kui üht tüüpi energia muudetakse teiseks, siis energia säilib.

Seda järeldust kinnitav näide on külma ja kuuma vee segamise katse tingimusel, et me ei võimalda soojuse ülekandumist teistele kehadele. Katses oli kuuma vee poolt eraldatud soojushulk võrdne külma vee poolt vastuvõetud soojushulgaga.

Ühe energialiigi teiseks muutumise nähtuste uurimine viis ühe põhilise loodusseaduse – energia jäävuse ja muundamise seaduse – avastamiseni.

Kõigis looduses esinevates nähtustes energia ei teki ega kao. See muundub ainult ühest tüübist teise, samas kui selle tähendus säilib.

Loodusnähtusi uurides juhinduvad teadlased alati sellest seadusest.

Nüüd võime öelda, et energia ei saa ilmuda kehast, kui ta pole seda saanud teiselt kehalt. Selle loodusseaduse illustreerimiseks vaatleme mõnda näidet.

Päikesekiired kannavad teatud kogust energiat. Maa pinnale langedes soojendavad kiired selle kuumaks. Sel juhul muundatakse päikesekiirte energia Maa pinnal asuva pinnase ja kehade siseenergiaks. Maa pinnalt soojenenud õhumassid panid liikuma – ilmub tuul. Toimub õhumasside siseenergia muundumine mehaaniliseks energiaks.

Osa päikesekiirte energiast neelavad maapinnal taimelehed. Samal ajal toimuvad taimedes keerulised keemilised reaktsioonid. Selle tulemusena tekivad orgaanilised ühendid ehk päikesekiirte poolt kantud energia muundatakse keemiliseks energiaks.

Praktikas rakendatakse aatomisisese energia muundamist muudeks energialiikideks. Näiteks tuumaenergia muudetakse tuumaelektrijaamades (NPP) elektrienergiaks.

Energia jäävuse seadus annab teadusliku aluse mitmesugusteks arvutusteks kõigis teaduse ja tehnika valdkondades. Tuleb meeles pidada, et täielikult sisemist energiat ei saa muuta mehaaniliseks energiaks.

Küsimused

1. Tooge näiteid mehaanilise energia muutumisest sisemiseks ja sisemise energia mehaaniliseks.
2. Too näiteid energia ülekandumisest ühelt kehalt teisele.
3. Milline kogemus näitab, et siseenergia üleminekul ühest kehast teise selle väärtus säilib?
4. Mis on energia jäävuse seadus?
5. Mis tähtsus on energia jäävuse seadusel teaduses ja tehnoloogias?

Harjutus nr 10

1. Kui vasar kukub, lööb vasar vastu vaia ja lööb selle maasse. Millised energia muundumised ja üleminekud sel juhul toimuvad? (Pange tähele, et hunnik ja pinnas kuumenevad kokkupõrkel.)
2. Millised muutused auto kineetilises energias toimuvad pidurdamisel?
3. Kaks identset teraskuuli kukuvad samalt kõrguselt alla. Üks kukub terasplaadile ja põrkab üles, teine ​​kukub liiva sisse ja takerdub sellesse. Millised energiasiirded igal juhul toimuvad?
4. Kirjeldage kõiki transformatsioone ja energia üleminekuid, mis tekivad korgiga suletud eetriga toru hõõrumisel (vt joonis 3).

See on uudishimulik...

Päikese energia kasutamine Maal

Enamiku inimese kasutatava energia allikas on Päike. Päikeseenergia hoiab Maal aasta keskmist temperatuuri umbes 15 °C. Soojuse ja valguse voog Päikeselt määrab elu võimaluse meie planeedil. Kogu maakera pinnale langeva päikesekiirguse võimsus on nii suur, et selle asendamiseks oleks vaja umbes 30 miljonit võimsat elektrijaama.

Tuleb vaid ette kujutada, mis oleks Maal juhtunud, kui päike poleks Maad iga päev valgustanud! Teame kohti Maal, mida päike nõrgalt soojendab. Need on Arktika ja Antarktika. Seal on karm külm, igavene jää ja lumi.

Suur pidev veeringe Maal on tingitud Päikese energiast: merede, järvede ja jõgede vesi aurustub, aur ülespoole tõustes tiheneb pilvedeks, kandub tuulega erinevatesse Maa paikadesse ja langeb. välja sademete kujul. See sete toidab jõgesid, mis kannavad oma veed jälle meredesse ja ookeanidesse.

Maa pinna ebaühtlase kuumenemise tõttu Päikese poolt tekivad tuuled. Tuulte ja nende kaasatud niiskuse mõjul hävivad järk-järgult tohutud mäeahelikud. Jõgede energiat kasutab inimene elektri tootmiseks, laevade liigutamiseks ning tuuleenergiat kasutatakse tuuleturbiinides.

Kõik, mis Päikesel toimub, mõjutab Maad otse. Kogu elu Maal – taimede ja loomade elu – sõltub Päikesest. Taimed muudavad päikeseenergia keemiliseks energiaks. Selle mõistmiseks pöördugem kogemuste poole.

Ümberpööratud lehter asetatakse veeklaasi. Lehter sisaldab taime lehte, mis on ümbritsetud õhuga. Kui taim on päikese käes, võib lehtrist välja tulla hapnikku (joonis 17). Kuidas vaadeldavat nähtust seletada?

Riis. 17. Päikeseenergia muundamine keemiliseks energiaks

Süsinikmonooksiidi (IV) molekulid, mis on alati õhus, tungivad taime rohelisse lehe sisse. Keemilise reaktsiooni tulemusena, milles osalevad vingugaas (IV) ja lehes sisalduv vesi, tekivad hapniku molekulid, keemiline energia ja orgaaniline aine. Hapnik eraldub ümbritsevasse õhku ja süsinikku sisaldav orgaaniline aine jääb taimelehte.

Aga me teame, et molekuli lagunemiseks aatomiteks on vaja kulutada energiat (§ 10). Kust see energia tuleb? Kui ülalkirjeldatud katse tehakse ilma taime lehte päikesega valgustamata, siis keemilist reaktsiooni ei toimu. See tähendab, et süsinikmonooksiidi (IV) lagunemine taime rohelises lehes on tingitud päikeseenergiast.

Kivisüsi on kivistunud metsade jäänuk, mis kunagi õitses suurtel maa-aladel. See tähendab, et Päikese energia on sellesse salvestatud. Surevad taimed moodustavad soodes turbakihte, mida kasutatakse kütusena.

Taimedest toituvate loomade energia ja inimeste energia on kõik muundatud päikeseenergia.

Üha enam kasutatakse päikeseenergia muundamist elektriks. Kosmoselaevade pinnale paigaldatakse päikesepaneelid, mis püüavad kinni päikeseenergiat ja muudavad selle fotogalvaaniliste muundurite abil elektriks, mis suunatakse kosmoselaeva ühtsesse toitesüsteemi. Päikesepatarei kogu kasutatav pind ulatub mitmekümne ruutmeetrini.

Meie riigi piirkondades, kus aastas on palju selgeid päikesepaistelisi päevi, kasutatakse vee soojendamiseks ja veeauru saamiseks päikesekiirgust.

Inimkond on õppinud kasutama Maal täiendavat energiaallikat – aatomienergiat, mis ei ole otseselt seotud Päikesega.

Keha sisemine energia ei saa olla konstantne. See võib muutuda igas kehas. Kui keha temperatuuri tõsta, suureneb selle siseenergia, sest molekulide keskmine liikumiskiirus suureneb. Seega suureneb keha molekulide kineetiline energia. Ja vastupidi, temperatuuri langedes väheneb keha siseenergia.

Võime järeldada: keha siseenergia muutub, kui molekulide liikumiskiirus muutub. Proovime kindlaks teha, millise meetodiga saab molekulide liikumiskiirust suurendada või vähendada. Mõelge järgmisele kogemusele. Kinnitame alusele õhukeste seintega messingtoru. Täidame toru eetriga ja sulgeme korgiga. Seejärel seome selle köiega kinni ja hakkame köit intensiivselt eri suundades liigutama. Teatud aja pärast läheb eeter keema ja auru jõud surub pistiku välja. Kogemused näitavad, et aine (eetri) siseenergia on suurenenud: on ju see keemise ajal temperatuuri muutnud.

Siseenergia suurenemine tekkis tänu töö sooritamisele toru köiega hõõrudes.

Nagu me teame, võib kehade kuumenemine toimuda ka löökide, painde või lahtipainutamise ajal, teisisõnu deformatsiooni ajal. Kõigis toodud näidetes keha siseenergia suureneb.

Seega saab keha kallal tööd tehes suurendada keha siseenergiat.

Kui keha ise teeb töö ära, väheneb tema siseenergia.

Kaaluge teist kogemust.

Paksude seintega ja korgiga suletud klaasnõusse pumpame õhku läbi sellesse spetsiaalselt tehtud augu.

Mõne aja pärast lendab kork anumast välja. Sel hetkel, kui kork laevast välja lendab, on näha udu tekkimist. Seetõttu tähendab selle teke, et anumas olev õhk on muutunud külmaks. Suruõhk, mis on anumas, teeb pistiku väljalükkamisel teatud tööd. Ta teeb seda tööd tänu oma sisemisele energiale, mis samal ajal väheneb. Anumas oleva õhu jahtumise põhjal on võimalik teha järeldusi siseenergia vähenemise kohta. Sellel viisil, keha siseenergiat saab teatud tööd tehes muuta.

Siseenergiat saab aga muuta ka muul viisil, ilma tööd tegemata. Mõelge näiteks, et pliidil olevas veekeetjas hakkab vesi keema. Ruumi õhku ja muid esemeid soojendatakse keskradiaatorist. Sellistel juhtudel suureneb sisemine energia, kuna kehade temperatuur tõuseb. Aga töö on tegemata. Niisiis, me järeldame siseenergia muutus ei pruugi tekkida teatud töö tegemise tõttu.

Võtame teise näite.

Pange metallist kudumisvarras veeklaasi. Kuuma vee molekulide kineetiline energia on suurem kui külmade metalliosakeste kineetiline energia. Kuuma vee molekulid kannavad osa oma kineetilisest energiast üle külmadele metalliosakestele. Seega veemolekulide energia teatud viisil väheneb, samas kui metalliosakeste energia suureneb. Vee temperatuur langeb ja kodara temperatuur langeb aeglaselt, suureneb. Edaspidi kaob kodara ja vee temperatuuride vahe. Tänu sellele kogemusele nägime muutust erinevate kehade siseenergias. Me järeldame: soojusülekande tõttu muutub erinevate kehade siseenergia.

Nimetatakse siseenergia muundamise protsessi ilma kehale või kehale endale teatud tööd tegemata soojusülekanne.

Kas teil on endiselt küsimusi? Kas pole kindel, kuidas kodutööd teha?
Juhendajalt abi saamiseks -.
Esimene tund on tasuta!

ajaveebi saidil, materjali täieliku või osalise kopeerimisega on nõutav link allikale.