Modalități de a schimba energia internă a corpului. Legea conservării și transformării energiei în procese mecanice și termice. Tub cu eter închis cu dop

Energia internă a unui corp nu este un fel de constantă. În același corp, se poate schimba.

Când temperatura crește, energia internă a corpului crește, pe măsură ce viteza medie a moleculelor crește.

În consecință, energia cinetică a moleculelor acestui corp crește. Dimpotrivă, pe măsură ce temperatura scade, energia internă a corpului scade..

În acest fel, energia internă a corpului se modifică odată cu modificarea vitezei de mișcare a moleculelor.

Să încercăm să ne dăm seama cum să creștem sau să reducem viteza moleculelor. Pentru a face acest lucru, vom face următorul experiment. Fixăm tubul de alamă cu pereți subțiri pe suport (Fig. 3). Turnați puțin eter în tub și închideți dopul. Apoi înfășuram tubul cu o frânghie și începem să-l mișcăm rapid mai întâi într-o direcție, apoi în cealaltă. După un timp, eterul va fierbe, iar aburul va împinge dopul afară. Experiența arată că energia internă a eterului a crescut: la urma urmei, s-a încălzit și chiar a fiert.

Orez. 3. Zoom energie interna corpul în timp ce lucrează la el

Creșterea energiei interne s-a produs ca urmare a muncii efectuate la frecarea tubului cu o frânghie.

Încălzirea corpurilor are loc și în timpul impacturilor, extinderii și îndoirii, adică în timpul deformării. Energia internă a corpului în toate exemplele de mai sus crește.

Prin urmare, energia internă a unui corp poate fi mărită lucrând asupra corpului.

Dacă munca este făcută de corpul însuși, atunci aceasta intern, energia scade.

Să facem următorul experiment.

Într-un vas de sticlă cu pereți groși, închis cu un dop, pompăm aer printr-un orificiu special din el (Fig. 4).

Orez. 4. Reducerea energiei interne a corpului atunci când se lucrează de către organismul însuși

După un timp, pluta va ieși din vas. În momentul în care pluta iese din vas, se formează ceață. Aspectul său înseamnă că aerul din vas a devenit mai rece. Aerul comprimat din vas împinge dopul și funcționează. El face această muncă în detrimentul energiei sale interne, care în același timp scade. Puteți aprecia scăderea energiei interne prin răcirea aerului din vas. Asa de, energia internă a unui corp poate fi schimbată prin muncă.

Energia internă a corpului poate fi schimbată în alt mod, fără a lucra. De exemplu, apa într-un ibric pus pe aragaz fierbe. Aerul și diversele obiecte din încăpere sunt încălzite de un radiator de încălzire centrală, acoperișurile caselor sunt încălzite de razele soarelui etc. În toate aceste cazuri, temperatura corpurilor crește, ceea ce înseamnă că energia lor internă crește. . Dar munca nu este gata.

Mijloace, schimbarea energiei interne poate apărea nu numai ca urmare a muncii.

Cum poate fi explicată creșterea energiei interne în aceste cazuri?

Luați în considerare următorul exemplu.

Scufundați un ac de metal într-un pahar cu apă fierbinte. Energia cinetică a moleculelor de apă fierbinte este mai mare energie kinetică particule de metal reci. Moleculele de apă fierbinte, atunci când interacționează cu particulele de metal reci, le vor transfera o parte din energia lor cinetică. Ca urmare, energia moleculelor de apă va scădea în medie, în timp ce energia particulelor de metal va crește. Temperatura apei va scădea, iar temperatura spiței metalice va crește treptat. După un timp, temperaturile lor se vor uniformiza. Această experiență demonstrează schimbarea energiei interne a corpurilor.

Asa de, energia internă a corpurilor poate fi modificată prin transfer de căldură.

Procesul de schimbare a energiei interne fără a lucra asupra corpului sau asupra corpului însuși se numește transfer de căldură.

Transferul de căldură are loc întotdeauna într-o anumită direcție: de la corpurile cu o temperatură mai ridicată la corpurile cu una mai joasă.

Când temperaturile corpurilor se egalează, transferul de căldură se oprește.

Energia internă a unui corp poate fi modificată în două moduri: efectuând lucrări mecanice sau prin transfer de căldură.

Transferul de căldură, la rândul său, poate fi efectuat: 1) conductivitate termică; 2) convecție; 3) radiații.

Întrebări

1. Folosind Figura 3, descrieți modul în care energia internă a unui corp se schimbă atunci când se lucrează asupra acestuia.
2. Descrieți un experiment care arată că un corp poate lucra datorită energiei interne.
3. Dați exemple de modificări ale energiei interne a unui corp prin intermediul transferului de căldură.
4. Explicați, pe baza structurii moleculare a unei substanțe, încălzirea unui ac de tricotat scufundat în apă fierbinte.
5. Ce este transferul de căldură?
6. Care sunt două moduri de a schimba energia internă a unui corp?

Exercițiul 2

1. Forța de frecare lucrează asupra corpului. Schimbă aceasta energia internă a corpului? După ce semne se poate judeca acest lucru?
2. Când cobori repede pe frânghie, mâinile tale se încing. Explicați de ce se întâmplă acest lucru.

Exercițiu

Așezați moneda pe o foaie de placaj sau o placă de lemn. Apăsați moneda pe tablă și mutați-o rapid într-o direcție sau alta. Observați de câte ori trebuie să mutați moneda pentru a o face caldă, fierbinte. Faceți o concluzie despre relația dintre munca depusă și creșterea energiei interne a corpului.

Când un corp cade, energia sa potențială este transformată în energie cinetică. Când plumb cade minge pe o placă de plumb, energia mecanică este convertită în energia internă a mingii și plăcii. În motorul unei mașini și al unui tractor, energia internă a combustibilului este transformată în energie mecanică de mișcare.

Energia mecanică și internă poate trece de la un corp la altul. Energia cinetică a apei care curge este transferată, de exemplu, roților turbinei și energia vântului în mișcare - aripile unei turbine eoliene. Am observat tranziția energiei interne de la un corp la altul în timpul transferului de căldură, când energia internă dintr-un corp (de exemplu, un cuptor încălzit) a fost transferată într-un alt corp (aerul din cameră).

Se conservă energia atunci când trece de la un corp la altul sau când se schimbă de la o formă la alta?

Luând în considerare exemplul și făcând munca de laborator amestecand apa calda si rece, ne-am asigurat ca cantitatea de caldura degajata de fierbinte apa, era egala cu cantitatea de caldura primita de frig apă. Aceasta înseamnă că câtă energie internă a fost dată de un corp, al doilea a primit aceeași cantitate, adică valoarea energiei interne a fost păstrată în timpul tranziției de la un corp la altul.

Această concluzie se aplică nu numai energiei interne.

Toate celelalte experimente, mai complexe, pe care le vom studia în viitor, arată că în timpul oricăror transformări de energie, valoarea acesteia este păstrată.

Observațiile și experimentele au condus la descoperirea uneia dintre legile fundamentale fizica - legea conservării și transformării energiei.

Această lege prevede că energia nu dispare și nu se creează. Se schimbă doar de la o specie la alta, sau trece de la un corp la altul.

Energia nu poate apărea într-un corp dacă nu a primit-o de la alt corp. Energia apei curgătoare și a vântului se obține, după cum știm, în detrimentul energiei soarele, energia potențială a unei rachete care decolează în sus - datorită energiei combustibil consumat în timpul lansării acestuia; aerul din încăpere se încălzește, adică energia sa internă: crește datorită energiei primite de la aragaz sau calorifer.

Legea conservării energiei este una dintre cele mai mari legi ale naturii. Observăm manifestarea ei, atât în ​​natura vie, cât și neînsuflețită, este întotdeauna luată în considerare în știință și tehnologie.

Studiind diferite mecanisme, ne-am familiarizat cu „regula de aur” a mecanicii, conform căreia niciun mecanism nu poate oferi un câștig în muncă. Această regulă este una dintre manifestările legii conservării energiei.Într-adevăr, dacă noi, prin ridicarea corpului cu ajutorul unei pârghii, am primi mai multă muncă decât am făcut-o, atunci energia potențială a corpului ridicat ar fi mai mare decât energia cheltuită și aceasta, conform legii conservării energiei. , este imposibil.

Legea conservării energiei respinge legendele religioase despre crearea lumii de către Dumnezeu. Din aceasta rezultă că lumea materială nu este creată de nimeni, ea există pentru totdeauna, în continuă dezvoltare.

Întrebări. 1. Dați exemple de transformare energie mecanică la intern și intern la mecanic. 2. Dați exemple de transfer de energie mecanică de la un corp la altul. 3. Ce experiență arată că în timpul tranziției energiei interne de la un corp la altul, valoarea acesteia se păstrează? 4. Care este legea conservării energiei? 5. Care este importanța legii conservării energiei în știință și tehnologie?

Exerciții.

1. Ciocanul de copra, atunci când cade, lovește grămada și o lovește în pământ. Ce transformări și tranziții de energie au loc în acest caz? (Rețineți că grămada și solul se încălzesc la impact.)
2. Ce transformări ale energiei cinetice a mașinii au loc atunci când încetinește?
3. Două identice bile de oțel cad de la aceeași înălțime. Unul cade pe o placă de oțel și sare în sus, celălalt cade în nisip și se blochează în ea. Ce tranziții energetice au loc în fiecare caz?
4. Descrieți toate transformările și tranzițiile de energie care apar la frecarea unui tub cu eter închis cu un dop.

Fenomenele de conversie a energiei în procesele mecanice au fost luate în considerare în § 2. Să ne amintim câteva dintre ele. Aruncând o piatră sau o minge, le dăm energia mișcării - energie cinetică.

După ce s-a ridicat la o anumită înălțime, obiectul se oprește și apoi începe să cadă. În momentul opririi (în punctul de sus), toată energia cinetică este complet transformată în energie potențială. Când corpul se mișcă în jos, are loc procesul invers. Energia potențială este transformată în energie cinetică.

În timpul acestor transformări, energia mecanică totală, adică suma energiei potențiale și cinetice, rămâne neschimbată. Dacă presupunem că energia potențială de la suprafața Pământului este egală cu zero, atunci suma energiei cinetice și potențiale a corpului la orice înălțime în timpul creșterii sau căderii va fi egală cu

Energia mecanică totală, adică suma energiei potențiale și cinetice a corpului, rămâne constantă dacă acționează doar forțele elastice și gravitaționale și nu există forțe de frecare.

Acesta este ce legea conservării energiei mecanice.

a - încălzirea suprafeței Pământului; b - absorbtia energiei solare de catre plante si transformarea acesteia in energie chimica

Când am studiat căderea unei mingi de plumb pe o placă de plumb, am observat transformarea energiei mecanice în energie internă.

Prin urmare, energia mecanică și internă poate fi transferată de la un corp la altul.

Această concluzie este valabilă pentru toate procesele termice. În transferul de căldură, de exemplu, un corp mai fierbinte emite energie, iar un corp mai puțin încălzit primește energie.

În timpul arderii combustibilului în motorul mașinii, energia internă a combustibilului este transformată în energie mecanică de mișcare.

Când energia este transferată de la un corp la altul sau când un tip de energie este transformat în altul, energia este conservată.

Un exemplu care confirmă concluzia trasă este experimentul de amestecare a apei rece și calde, cu condiția să nu permitem transferul căldurii către alte corpuri. În experiment, cantitatea de căldură degajată de apa fierbinte a fost egală cu cantitatea de căldură primită de apa rece.

Studiul fenomenelor de transformare a unui tip de energie în altul a condus la descoperirea uneia dintre legile de bază ale naturii - legea conservării și transformării energiei.

În toate fenomenele care apar în natură, energia nu apare și nu dispare. Se schimbă doar de la o specie la alta, în timp ce valoarea sa este păstrată.

Investigând fenomenele naturii, oamenii de știință sunt întotdeauna ghidați de această lege.

Acum putem spune că energia nu poate apărea într-un corp dacă nu a primit-o de la alt corp. Pentru a ilustra această lege a naturii, luați în considerare câteva exemple.

Razele soarelui transportă o anumită cantitate de energie. Căzând pe suprafața Pământului, razele îl încălzesc. În acest caz, energia razelor solare este transformată în energia internă a solului și a corpurilor situate pe suprafața Pământului. Masele de aer, încălzite de la suprafața Pământului, încep să se miște - apare vântul. Are loc o transformare a energiei interne deținute de masele de aer în energie mecanică.

O parte din energia razelor solare este absorbită pe suprafața pământului de frunzele plantelor. În același timp, în plante au loc reacții chimice complexe. Ca rezultat, se formează compuși organici, adică energia transportată de razele soarelui este transformată în energie chimică.

Transformarea energiei intra-atomice în alte tipuri de energie își găsește aplicație în practică. Energia nucleară, de exemplu, este transformată în energie electrică la centralele nucleare (CNP).

Legea conservării energiei este baza științifică pentru diferite calcule din toate domeniile științei și tehnologiei. Trebuie avut în vedere faptul că energia complet internă nu poate fi transformată în energie mecanică.

Întrebări

1. Dați exemple de transformare a energiei mecanice în energie internă și a energiei interne în energie mecanică.
2. Dați exemple de transfer de energie de la un corp la altul.
3. Ce experiență arată că în timpul tranziției energiei interne de la un corp la altul, valoarea acesteia este păstrată?
4. Care este legea conservării energiei?
5. Care este importanța legii conservării energiei în știință și tehnologie?

Exercițiul 10

1. Ciocanul de copra, atunci când cade, lovește grămada și o lovește în pământ. Ce transformări și tranziții de energie au loc în acest caz? (Rețineți că grămada și solul se încălzesc la impact.)
2. Ce transformări ale energiei cinetice a mașinii au loc în timpul frânării?
3. Două bile de oțel identice cad de la aceeași înălțime. Unul cade pe o placă de oțel și sare în sus, celălalt cade în nisip și se blochează în ea. Ce tranziții energetice au loc în fiecare caz?
4. Descrieți toate transformările și tranzițiile de energie care apar la frecarea unui tub cu eter închis cu un dop (vezi Fig. 3).

E curios...

Folosind energia Soarelui pe Pământ

Sursa majorității energiei pe care o folosesc oamenii este Soarele. Datorită energiei solare, temperatura medie anuală pe Pământ se menține la aproximativ 15 ° C. Fluxul de căldură și lumină care vine de la Soare determină însăși posibilitatea vieții pe planeta noastră. Puterea radiației solare care cade pe întreaga suprafață a pământului este atât de mare încât ar fi nevoie de aproximativ 30 de milioane de centrale electrice puternice pentru a o înlocui.

Trebuie doar să ne imaginăm ce s-ar întâmpla pe Pământ dacă soarele nu ar lumina Pământul în fiecare zi! Cunoaștem locuri de pe Pământ care sunt ușor încălzite de soare. Acestea sunt Arctica și Antarctica. Există un frig amar, gheață veșnică și zăpadă.

Marea circulație continuă a apei pe Pământ are loc datorită energiei Soarelui: apa mărilor, lacurilor și râurilor se evaporă, aburul, ridicându-se, se îngroașă în nori, este dus de vânt în diferite locuri de pe Pământ. și cade sub formă de precipitații. Aceste sedimente hrănesc râurile, care din nou își duc apele către mări și oceane.

Datorită încălzirii neuniforme a suprafeței Pământului de către Soare, apar vânturi. Sub influența vântului și a umezelii pe care acestea o aduc, lanțuri muntoase uriașe sunt treptat distruse. Energia râurilor este folosită de om pentru a genera electricitate, deplasarea navelor, energia eoliană este folosită în turbinele eoliene.

Tot ceea ce se întâmplă pe Soare afectează Pământul în cel mai direct mod. Toată viața de pe Pământ - viața plantelor și animalelor - depinde de Soare. Plantele transformă energia solară în energie chimică. Pentru a înțelege acest lucru, să trecem la experiență.

Într-un pahar cu apă se pune o pâlnie inversată. Pâlnia conține o frunză de plantă înconjurată de aer. Dacă planta este iluminată de soare, atunci puteți descoperi că oxigenul va ieși din pâlnie (Fig. 17). Cum se explică fenomenul observat?

Orez. 17. Transformarea energiei solare în energie chimică

Moleculele de monoxid de carbon (IV), care sunt mereu în aer, pătrund în frunza verde a plantei. Ca rezultat al unei reacții chimice care implică monoxid de carbon (IV) și apa conținută în frunză, se formează molecule de oxigen, energie chimică și materie organică. Oxigenul este eliberat în aerul din jur, iar materia organică care conține carbon rămâne în frunza plantei.

Dar știm că este nevoie de energie pentru a descompune o moleculă în atomi (§ 10). De unde vine această energie? Dacă experimentul descris mai sus este efectuat fără a ilumina frunza plantei cu soare, atunci reacția chimică nu va avea loc. Aceasta înseamnă că descompunerea monoxidului de carbon (IV) în frunza verde a plantei are loc datorită energiei solare.

Cărbunele este rămășițele fosilizate ale pădurilor care au înflorit cândva pe întinderi mari ale Pământului. Aceasta înseamnă că energia Soarelui este, de asemenea, stocată în el. În mlaștini, plantele muritoare formează straturi de turbă, care este folosită drept combustibil.

Energia animalelor care mănâncă plante și energia oamenilor sunt toate energie solară convertită.

Din ce în ce mai mult, conversia energiei solare în electricitate este utilizată. Pe suprafața navelor spațiale sunt instalate panouri solare, care captează energia solară și, folosind convertoare fotoelectrice, o transformă în energie electrică, care intră în sistemul unificat de alimentare cu energie al navei. Suprafața totală utilă a bateriei solare ajunge la câteva zeci de metri pătrați.

În zonele țării noastre unde există un număr mare de zile senine însorite pe an, radiația solară este folosită pentru a încălzi apa și a produce vapori de apă.

Omenirea a învățat să folosească o sursă suplimentară de energie pe Pământ - energia atomică, care nu este direct legată de Soare.

Energia internă a corpului nu poate fi o constantă. Se poate schimba în orice corp. Dacă creșteți temperatura corpului, atunci energia sa internă va crește, deoarece. viteza medie a moleculelor va crește. Astfel, energia cinetică a moleculelor corpului crește. Dimpotrivă, pe măsură ce temperatura scade, energia internă a corpului scade.

Putem concluziona: energia internă a corpului se modifică dacă se modifică viteza moleculelor. Să încercăm să determinăm prin ce metodă este posibilă creșterea sau scăderea vitezei de mișcare a moleculelor. Luați în considerare următoarea experiență. Fixăm un tub de alamă cu pereți subțiri pe suport. Umpleți tubul cu eter și închideți-l cu un dop. Apoi o legăm cu o frânghie și începem să mișcăm intens frânghia în diferite direcții. După un anumit timp, eterul va fierbe, iar forța aburului va împinge dopul afară. Experiența arată că energia internă a unei substanțe (eter) a crescut: la urma urmei, și-a schimbat temperatura, în timp ce fierbe.

Creșterea energiei interne s-a produs datorită muncii efectuate la frecarea tubului cu o frânghie.

După cum știm, încălzirea corpurilor poate apărea și în timpul impacturilor, flexiei sau extensiei, cu alte cuvinte, în timpul deformării. În toate exemplele date, energia internă a corpului crește.

Astfel, energia internă a corpului poate fi mărită făcând lucru asupra corpului.

Dacă munca este efectuată de corpul însuși, energia sa internă scade.

Să luăm în considerare o altă experiență.

Într-un vas de sticlă, care are pereții groși și este închis cu un dop, pompăm aer printr-o gaură special făcută în el.

După ceva timp, pluta va zbura din vas. În momentul în care pluta zboară din vas, putem observa formarea de ceață. Prin urmare, formarea sa înseamnă că aerul din vas a devenit rece. Aerul comprimat, care se află în vas, atunci când împinge dopul afară, face o anumită cantitate de muncă. El efectuează această muncă în detrimentul energiei sale interne, care este redusă în același timp. Se pot trage concluzii despre scăderea energiei interne pe baza răcirii aerului din vas. În acest fel, energia internă a corpului poate fi modificată prin efectuarea unei anumite cantități de muncă.

Cu toate acestea, energia internă poate fi schimbată într-un alt mod, fără a lucra. Luați în considerare un exemplu, apa într-un ibric care se află pe aragaz fierbe. Aerul, precum și alte obiecte din cameră, sunt încălzite de un calorifer central. În astfel de cazuri, energia internă crește, deoarece. temperatura corpului crește. Dar munca nu este gata. Deci concluzionam se poate produce o modificare a energiei interne nu datorită efectuării unei anumite lucrări.

Să luăm în considerare încă un exemplu.

Înmuiați un ac de metal într-un pahar cu apă. Energia cinetică a moleculelor de apă fierbinte este mai mare decât energia cinetică a particulelor de metal reci. Moleculele de apă fierbinte vor transfera o parte din energia lor cinetică către particulele de metal reci. Astfel, energia moleculelor de apă va scădea într-un anumit fel, în timp ce energia particulelor de metal va crește. Temperatura apei va scădea, iar temperatura spițelor încet, va creste. În viitor, diferența dintre temperatura acului și a apei va dispărea. Datorită acestei experiențe, am văzut o schimbare în energia internă a diferitelor corpuri. Încheiem: energia internă a diferitelor corpuri se modifică datorită transferului de căldură.

Se numește procesul de conversie a energiei interne fără a efectua o anumită muncă asupra corpului sau asupra corpului însuși transfer de căldură.

Aveti vreo intrebare? Nu știi cum să-ți faci temele?
Pentru a primi ajutor de la un tutor -.
Prima lecție este gratuită!

blog.site, cu copierea integrală sau parțială a materialului, este necesar un link către sursă.