موشکی را در حال بلند شدن می بینید. او کار را انجام می دهد - فضانوردان و محموله ها را بلند می کند. انرژی جنبشی موشک افزایش می یابد،همانطور که موشک با افزایش سرعت بیشتر و بیشتر می شود. انرژی پتانسیل موشک نیز افزایش می یابد،همانطور که از زمین بالاتر و بالاتر می رود. بنابراین مجموع این انرژی ها یعنی انرژی مکانیکی موشک نیز افزایش می یابد.

ما به یاد داریم که وقتی بدن کار می کند، انرژی آن کاهش می یابد. با این حال، موشک کار می کند، اما انرژی آن کاهش نمی یابد، بلکه افزایش می یابد! راه حل تناقض چیست؟ معلوم می شود که جدا از انرژی مکانیکینوع دیگری از انرژی وجود دارد انرژی درونی.موشک با کاهش انرژی داخلی سوخت سوزانده شده، کارهای مکانیکی انجام می دهد و علاوه بر این، انرژی مکانیکی خود را افزایش می دهد.

نه فقط قابل احتراق، اما همچنین داغاجسام دارای انرژی درونی هستند که به راحتی می توانند به کار مکانیکی تبدیل شوند. بیایید یک آزمایش انجام دهیم. یک وزنه را در آب جوش گرم می کنیم و روی جعبه حلبی که به فشار سنج متصل است می گذاریم. با گرم شدن هوا در جعبه، سیال در فشارسنج شروع به حرکت می کند (شکل را ببینید).

هوای در حال انبساط روی سیال کار می کند. با توجه به چه انرژی این اتفاق می افتد؟ البته به دلیل انرژی درونی کتل بل. بنابراین در این آزمایش مشاهده می کنیم تبدیل انرژی درونی بدن به کار مکانیکی.توجه داشته باشید که انرژی مکانیکی وزن در این آزمایش تغییر نمی کند - همیشه برابر با صفر است.

بنابراین، انرژی درونی- این چنین انرژی بدن است که به دلیل آن می توان کارهای مکانیکی را انجام داد، در حالی که باعث کاهش انرژی مکانیکی این بدن نمی شود.

انرژی درونیهر جسمی به دلایل زیادی بستگی دارد: نوع و حالت ماده آن، جرم و دمای بدن و موارد دیگر. همه اجسام دارای انرژی درونی هستند: بزرگ و کوچک، گرم و سرد، جامد، مایع و گاز.

راحت ترین چیزی که برای نیازهای انسان استفاده می شود، انرژی درونی فقط، به عبارت دیگر، مواد و اجسام داغ و قابل احتراق است. اینها نفت، گاز، زغال سنگ، چشمه های زمین گرمایینزدیک آتشفشان ها و غیره علاوه بر این، در قرن بیستم، انسان یاد گرفت که از انرژی درونی مواد به اصطلاح رادیواکتیو استفاده کند. اینها، به عنوان مثال، اورانیوم، پلوتونیوم و دیگران هستند.

به سمت راست نمودار نگاه کنید. ادبیات رایج اغلب از انرژی های حرارتی، شیمیایی، الکتریکی، اتمی (هسته ای) و دیگر انواع انرژی یاد می کند. همه آنها، به عنوان یک قاعده، انواع انرژی داخلی هستند، زیرا می توان از آنها برای انجام کارهای مکانیکی بدون از دست دادن انرژی مکانیکی استفاده کرد. ما مفهوم انرژی درونی را با جزئیات بیشتری در مطالعه بیشتر فیزیک در نظر خواهیم گرفت.

انرژی درونی

از نقطه نظر نظریه مولکولی جنبشی انرژی درونی(ج) جمع است انرژی پتانسیلبرهم کنش ذرات تشکیل دهنده بدن و انرژی جنبشی حرکت حرارتی تصادفی آنها. انرژی جنبشی حرکت تصادفی ذرات با دمای T متناسب است، انرژی پتانسیل برهمکنش به فواصل بین ذرات بستگی دارد، یعنی. از حجم V بدنه. بنابراین، در ترمودینامیک، انرژی داخلی U یک جسم تابعی از دمای T و حجم V تعریف می شود.

برای هر فرآیندی در یک سیستم ترمودینامیکی ایزوله، انرژی داخلی بدون تغییر باقی می ماند: یا.

انرژی داخلی توسط حالت ترمودینامیکی سیستم تعیین می شود و بستگی به نحوه قرار گرفتن سیستم در این حالت ندارد. در نتیجه، انرژی داخلی با روند تغییرات در وضعیت سیستم ارتباطی ندارد. در دو یا چند حالت یکسان سیستم، انرژی درونی آن یکسان است.

مورد توجه عملی خود انرژی داخلی نیست، بلکه تغییر آن در طول انتقال سیستم از یک حالت به حالت دیگر است. اگر انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها صفر باشد، انرژی درونی یک گاز ایده آل برابر است با مجموع انرژی های جنبشی همه مولکول های آن. انرژی داخلی یک گاز ایده آل با دمای مطلق آن نسبت مستقیم دارد. بنابراین، هنگامی که دمای یک گاز ایده آل تغییر می کند، انرژی داخلی آن لزوما تغییر می کند.

که در آن R ثابت گاز جهانی، M جرم مولی، T دمای مطلق، m جرم و تعداد مولکول ها است.

وابستگی انرژی داخلی به پارامترهای ماکروسکوپی

انرژی داخلی یک گاز ایده آل به یک پارامتر بستگی دارد - دما. انرژی داخلی یک گاز ایده آل به حجم آن بستگی ندارد زیرا انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول های آن صفر در نظر گرفته می شود.

برای گازهای واقعی، مایعات و مواد جامدمیانگین انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها برابر با صفر نیست. میانگین انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها به حجم ماده بستگی دارد، زیرا با تغییر حجم، فاصله متوسط ​​بین مولکول ها تغییر می کند. در نتیجه انرژی داخلی در ترمودینامیک در حالت کلی همراه با دمای T به حجم V نیز بستگی دارد.

انرژی داخلی U اجسام ماکروسکوپی به طور منحصر به فردی توسط پارامترهای مشخص کننده وضعیت این اجسام تعیین می شود: دما و حجم.

کار در ترمودینامیک

انرژی داخلی را می توان به دو صورت تغییر داد: با انجام کار، زمانی که انرژی داخلی به مقداری برابر با کار نیروهای خارجی A تغییر می کند، و با انتقال حرارت، که در آن تغییر انرژی داخلی با مقدار گرما Q مشخص می شود. .

هنگامی که کار انجام می شود، حجم بدن تغییر می کند و سرعت آن برابر با صفر باقی می ماند. اما سرعت مولکول های یک جسم، مانند گاز، تغییر می کند. بنابراین دمای بدن نیز تغییر می کند.

بنابراین، هنگام انجام کار در ترمودینامیک، وضعیت اجسام ماکروسکوپی تغییر می کند: حجم و دمای آنها تغییر می کند.

محاسبه کار:

F" نیرویی است که با آن گاز روی پیستون فشار می آورد.

F نیرویی است که با آن پیستون روی گاز فشار می آورد.

الف" - کار انجام شده توسط گاز بر روی اجسام خارجی؛

A کاری است که توسط اجسام خارجی روی گاز انجام می شود.

1. گاز منبسط می شود

تغییر حجم کجاست

گاز انرژی را به اجسام اطراف منتقل می کند و خنک می شود.

2. گاز فشرده شده است

گاز از اجسام خارجی انرژی دریافت می کند و گرم می شود. علامت منفی نشان می دهد که وقتی گاز فشرده می شود، وقتی که کار نیروی خارجی مثبت است.

هر جسم ماکروسکوپی دارد انرژیبه دلیل ریز حالت آن این انرژیتماس گرفت درونی؛ داخلی(نشان داده شده است U). برابر با انرژی حرکت و برهم کنش ریزذرات تشکیل دهنده بدن است. بنابراین، انرژی درونی گاز ایده آلمتشکل از انرژی جنبشی تمام مولکول های آن است، زیرا تعامل آنها در این مورد می تواند نادیده گرفته شود. بنابراین آن را انرژی درونیفقط به دمای گاز بستگی دارد ( تو ~تی).

مدل گاز ایده آل فرض می کند که مولکول ها در فاصله چند قطر از یکدیگر قرار دارند. بنابراین انرژی برهمکنش آنها بسیار کمتر از انرژی حرکت است و قابل چشم پوشی است.

در گازها، مایعات و جامدات واقعی، تعامل ریزذرات (اتم ها، مولکول ها، یون ها و غیره) را نمی توان نادیده گرفت، زیرا به طور قابل توجهی بر خواص آنها تأثیر می گذارد. بنابراین، آنها انرژی درونیاز انرژی جنبشی حرکت حرارتی ریزذرات و انرژی پتانسیل برهمکنش آنها تشکیل شده است. انرژی درونی آنها به غیر از دما تی،همچنین به حجم بستگی دارد V،از آنجایی که تغییر حجم بر فاصله بین اتم ها و مولکول ها و در نتیجه بر انرژی پتانسیل برهمکنش آنها با یکدیگر تأثیر می گذارد.

انرژی درونی تابعی از وضعیت بدن است که با دمای آن مشخص می شودتیو جلد پنجم

انرژی درونی به طور منحصر به فرد توسط دما تعیین می شودT و حجم بدن V که وضعیت آن را مشخص می کند:U=U(تلویزیون)

به تغییر انرژی درونیاجسام، لازم است که در واقع انرژی جنبشی حرکت حرارتی ریزذرات، یا انرژی پتانسیل برهمکنش آنها (یا هر دو) را تغییر دهیم. همانطور که می دانید، این کار به دو صورت انجام می شود - با انتقال حرارت یا در نتیجه انجام کار. در حالت اول، این به دلیل انتقال مقدار معینی از گرما اتفاق می افتد س;در دوم - به دلیل عملکرد کار آ.

به این ترتیب، مقدار حرارت و کار انجام شده است اندازه گیری تغییر در انرژی درونی بدن:

Δ U=Q+آ.

تغییر انرژی درونی به دلیل مقدار معینی از گرمای داده شده یا دریافتی توسط بدن یا به دلیل انجام کار اتفاق می افتد.

اگر فقط انتقال گرما اتفاق بیفتد، تغییر می کند انرژی درونیبا دریافت یا انتشار مقدار معینی گرما رخ می دهد: Δ U=سهنگام گرم کردن یا خنک کردن یک بدن برابر است با:

Δ U=س = سانتی متر(T 2 - T 1) =سانتی مترΔT.

هنگام ذوب یا تبلور جامدات انرژی درونیتغییرات به دلیل تغییر در انرژی پتانسیل برهمکنش ریزذرات، زیرا تغییرات ساختاری در ساختار ماده وجود دارد. در این حالت، تغییر انرژی درونی برابر با گرمای همجوشی (بلور شدن) بدن است: Δ U-Q pl \u003dλ متر،جایی که λ - گرمای ویژه همجوشی (بلور شدن) یک جسم جامد.

تبخیر مایعات یا تراکم بخار نیز باعث تغییر می شود انرژی درونیکه برابر با گرمای تبخیر است: Δ U=Q p =rm،جایی که r- گرمای ویژه تبخیر (تراکم) مایع.

تغییر دادن انرژی درونیبدنه به دلیل انجام کار مکانیکی (بدون انتقال حرارت) از نظر عددی با مقدار این کار برابر است: Δ U=آ.

اگر در نتیجه انتقال حرارت تغییری در انرژی داخلی رخ دهد، پسΔ U=Q=سانتی متر(T2 -T1)یاΔ U= Q pl = λ متر،یاΔ U=سn =rm.

بنابراین، از دیدگاه فیزیک مولکولی: مطالب از سایت

انرژی درونی بدن مجموع انرژی جنبشی حرکت حرارتی اتم ها، مولکول ها یا سایر ذرات که از آن تشکیل شده است و انرژی پتانسیل برهمکنش بین آنها است. از نقطه نظر ترمودینامیکی، تابعی از وضعیت بدن (سیستم اجسام) است که به طور منحصر به فرد توسط پارامترهای ماکرو - دما تعیین می شود.تیو جلد پنجم

به این ترتیب، انرژی درونیانرژی سیستم است که به حالت درونی آن بستگی دارد. از انرژی حرکت حرارتی تمام ریز ذرات سیستم (مولکول ها، اتم ها، یون ها، الکترون ها و غیره) و انرژی برهم کنش آنها تشکیل شده است. تعیین مقدار کامل انرژی داخلی عملا غیرممکن است، بنابراین، تغییر انرژی داخلی محاسبه می شود Δ توکه در اثر انتقال حرارت و انجام کار اتفاق می افتد.

انرژی درونی یک جسم برابر است با مجموع انرژی جنبشی حرکت حرارتی و انرژی پتانسیل برهمکنش ریزذرات تشکیل دهنده آن.

در این صفحه مطالبی در مورد موضوعات:

• تفسیر مولکولی جنبشی انرژی داخلی سیستم

• پیام کوتاه "در مورد استفاده از انرژی درونی بدن"

• چه چیزی انرژی درونی یک جسم صلب را تعیین می کند

• روش تغییر انرژی درونی بدن به طور خلاصه

• تمام اجسام ماکروسکوپی اطراف ما دارای 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، نوترون ها با یکدیگر است.

  آیا امکان تغییر انرژی درونی وجود دارد؟

  3 راه برای تغییر آن وجود دارد:

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

  بیایید همه گزینه ها را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.

  

  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 نمونه های افزایش انرژی مواردی از ایجاد آتش با کمک اصطکاک است:

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

  

  فرآیندهای حرارتی مرتبط با تغییرات دما نیز با تغییرات انرژی داخلی همراه است. اگر جسمی گرم شود، 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، در فرآیند احتراق سوخت، پس از ترکیب هیدروژن با اکسیژن، مونوکسید کربن تشکیل می شود. هنگامی که اسید کلریدریک با روی ترکیب می شود، هیدروژن آزاد می شود و در نتیجه احتراق هیدروژن، بخار آب آزاد می شود.

  انرژی درونی 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 که انرژی جنبشی ذرات را مشخص می کند.
  • نوعی ماده

  انرژی داخلی یک گاز ایده آل تک اتمی

  این انرژی، در حالت ایده آل، مجموع انرژی های جنبشی هر ذره است که به طور تصادفی و پیوسته در حال حرکت است و انرژی پتانسیل برهمکنش آنها در یک جسم خاص. این به دلیل تغییر درجه حرارت اتفاق می افتد که آزمایشات ژول آن را تأیید می کند.

  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 داخلی یک تابع حالت است.

  انرژی درونی- مهم ترین شرط وجود و ویژگی های تمام اجسام از طبیعت جاندار و بی جان. به منظور تعیین اهمیت آن در سازماندهی حیات در سیاره ما، اجازه دهید مفاهیم فیزیکی اولیه ترمودینامیک را به یاد آوریم.

  اجسام ماکروسکوپی متشکل از ذرات متحرک و متقابل هستند: مولکول ها, اتم ها, یون ها. به نوبه خود، اتم ها و هسته اتم ها نیز از ذرات متحرک و متقابل تشکیل شده اند.

  همانطور که می دانید اجسام متحرک دارای انرژی جنبشی هستند، بنابراین ذرات (مولکول ها، اتم ها، یون ها) سازنده ماده نیز دارای انرژی جنبشی هستند.

  اجسام متقابل دارای انرژی برهمکنش یا انرژی پتانسیل هستند. از آنجایی که ذرات ماده با یکدیگر تعامل دارند، انرژی پتانسیل دارند.

  در نتیجه، ذرات تشکیل دهنده اجسام ماکروسکوپی دارای انرژی جنبشی و بالقوه هستند و مجموع آنها برابر است با انرژی درونیسیستم ماکروسکوپی

  انرژی درونی (U) یک سیستم ماکروسکوپی را مجموع انرژی جنبشی می نامند (EK) حرکت ذرات تشکیل دهنده آن (مولکول ها، اتم ها، یون ها) و انرژی پتانسیل (Eپ) تعامل آنها:U=E K+ای پی.

  واحد اندازه گیری انرژی داخلی ژول (1 J) است.

  انرژی درونی همچنین شامل انرژی حرکت و برهمکنش ذراتی است که اتم ها و هسته های ماده را تشکیل می دهند، با این حال، در فیزیک مولکولی، آنها با فرآیندهایی سر و کار دارند که در دمای نه چندان بالا رخ می دهند و با تغییر شکل ماده مرتبط نیستند. در این فرآیندها انرژی درون اتمی و درون هسته ای تغییر نمی کند.

  انرژی داخلی و همچنین دما، فشار و حجم ( پارامترهای ترمودینامیکی) وضعیت سیستم را مشخص می کند. هنگامی که وضعیت بدن تغییر می کند، ارزش انرژی درونی نیز تغییر می کند.

  همانطور که می دانید انرژی جنبشی یک جسم با مجذور سرعت آن نسبت مستقیم دارد. از آنجایی که مولکول ها دارای سرعت های متفاوت و در نتیجه انرژی های جنبشی متفاوتی هستند، مجموع آنها با یک انرژی جنبشی متوسط ​​مشخص می شود که با مجذور میانگین سرعت مولکول ها نسبت مستقیم دارد:

  اک = m 0 v̇ 2 / 2.مطالب از سایت

  از آنجایی که دمای یک جسم با میانگین انرژی جنبشی ذرات تشکیل دهنده آن نسبت مستقیم دارد، انرژی درونی یک جسم به دمای آن بستگی دارد و تغییر در انرژی درونی را می توان با تغییر دمای بدن قضاوت کرد.

  انرژی درونی بدن به حالت تجمع آن نیز بستگی دارد. بنابراین، برای بخار درجه سانتیگراد بیشتر از آب با همان جرم در همان دما است. این به دلیل تفاوت در انرژی های بالقوه تعامل مولکول های بخار و آب است.

  انرژی درونی نیز به تغییر شکل بدن بستگی دارد: برای جسم تغییر شکل یافته بیشتر از تغییر شکل بدن است.

  باید در نظر داشت که انرژی درونی یک جسم به حرکت آن در کل و موقعیت آن در فضا بستگی ندارد. بنابراین، مقادیر انرژی درونی توپی که روی زمین خوابیده و تا یک ارتفاع معین بلند شده است، در شرایط دیگر یکسان است.

  سوالات در مورد این مورد: