Raketa uchayotganini ko'rasiz. U ishni bajaradi - u kosmonavtlarni va yukni ko'taradi. Raketaning kinetik energiyasi ortadi, chunki u ko'tarilganda, raketa tobora katta tezlikka ega bo'ladi. Raketaning potentsial energiyasi ham ortadi, chunki u Yerdan balandroq va balandroq ko'tariladi. Shuning uchun, bu energiyalarning yig'indisi, ya'ni raketaning mexanik energiyasi ham ortadi.

Biz eslaymizki, tana ishlaganda uning energiyasi kamayadi. Biroq, raketa ishlaydi, lekin uning energiyasi kamaymaydi, balki ko'payadi! Qarama-qarshilikning yechimi qanday? Bundan tashqari, ma'lum bo'ldi mexanik energiya energiyaning yana bir turi bor - ichki energiya. Yonayotgan yoqilg'ining ichki energiyasining kamayishi tufayli raketa mexanik ishlarni bajaradi va qo'shimcha ravishda uning mexanik energiyasini oshiradi.

Nafaqat yonuvchan, Biroq shu bilan birga issiq jismlar osonlikcha mexanik ishga aylantiriladigan ichki energiyaga ega. Keling, tajriba qilaylik. Biz og'irlikni qaynoq suvda isitamiz va uni bosim o'lchagichga biriktirilgan qalay qutiga qo'yamiz. Qutidagi havo isishi bilan manometrdagi suyuqlik harakatlana boshlaydi (rasmga qarang).

Kengayuvchi havo suyuqlik ustida ishlaydi. Bu qanday energiya sodir bo'ladi? Albatta, og'irlikning ichki energiyasi tufayli. Shuning uchun, bu tajribada biz kuzatamiz tananing ichki energiyasini mexanik ishga aylantirish. E'tibor bering, bu tajribada og'irlikning mexanik energiyasi o'zgarmaydi - u har doim nolga teng.

Shunday qilib, ichki energiya- bu tananing mexanik energiyasining pasayishiga olib kelmasdan, mexanik ishlarni bajarish mumkin bo'lgan tananing energiyasi.

Ichki energiya har qanday tana ko'p sabablarga bog'liq: uning moddasining turi va holati, tana massasi va harorati va boshqalar. Barcha jismlar ichki energiyaga ega: katta va kichik, issiq va sovuq, qattiq, suyuq va gazsimon.

Insonning ehtiyojlari uchun eng oson ichki energiya faqat majoziy ma'noda, issiq va yonuvchan moddalar va jismlar uchun ishlatilishi mumkin. Bu neft, gaz, ko'mir, vulqonlar yaqinidagi geotermal buloqlar va boshqalar. Bundan tashqari, 20-asrda inson radioaktiv moddalar deb ataladigan ichki energiyadan foydalanishni o'rgandi. Bular, masalan, uran, plutoniy va boshqalar.

Diagrammaning o'ng tomoniga qarang. Ommabop adabiyotlarda issiqlik, kimyoviy, elektr, atom (yadro) va boshqa energiya turlari ko'pincha tilga olinadi. Ularning barchasi, qoida tariqasida, ichki energiya turlaridir, chunki ular tufayli mexanik ish mexanik energiyani yo'qotmasdan bajarilishi mumkin. Biz fizikani keyingi o'rganishda ichki energiya tushunchasini batafsil ko'rib chiqamiz.

Ichki energiya

Molekulyar kinetik nazariya nuqtai nazaridan ichki energiya(J) yig‘indisi potentsial energiya tanani tashkil etuvchi zarrachalarning o'zaro ta'siri va ularning tasodifiy issiqlik harakatining kinetik energiyasi. Zarrachalarning tartibsiz harakatining kinetik energiyasi T haroratga mutanosib, potentsial o'zaro ta'sir energiyasi zarralar orasidagi masofaga bog'liq, ya'ni. tananing V hajmida. Shuning uchun termodinamikada tananing ichki energiyasi U harorat T va V hajmga bog'liq holda aniqlanadi.

Izolyatsiya qilingan termodinamik tizimdagi har qanday jarayonlar uchun ichki energiya o'zgarishsiz qoladi: yoki.

Ichki energiya tizimning termodinamik holati bilan belgilanadi va tizim qanday qilib bu holatga kelganiga bog'liq emas. Binobarin, ichki energiya tizim holatini o'zgartirish jarayoni bilan bog'liq emas. Tizimning ikki yoki undan ortiq bir xil holatida uning ichki energiyasi bir xil bo'ladi.

Amaliy qiziqish ichki energiyaning o'zi emas, balki tizimning bir holatdan ikkinchi holatga o'tishi paytida uning o'zgarishi. Agar molekulalarning o'zaro ta'sirining potentsial energiyasi nolga teng bo'lsa, ideal gazning ichki energiyasi uning barcha molekulalarining harakat kinetik energiyalari yig'indisiga teng bo'ladi. Ideal gazning ichki energiyasi uning mutlaq haroratiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Binobarin, ideal gazning harorati o'zgarganda, uning ichki energiyasi majburiy ravishda o'zgaradi.

Bu yerda R - universal gaz konstantasi, M - molyar massa, T - mutlaq harorat, m - massa va molekulalar soni.

Ichki energiyaning makroskopik parametrlarga bog'liqligi

Ideal gazning ichki energiyasi bitta parametrga - haroratga bog'liq. Ideal gazning ichki energiyasi hajmga bog'liq emas, chunki uning molekulalarining o'zaro ta'sirining potentsial energiyasi nolga teng deb hisoblanadi.

Haqiqiy gazlar, suyuqliklar va qattiq moddalar molekulalarning o'zaro ta'sirining o'rtacha potentsial energiyasi nolga teng emas. Molekulalarning o'zaro ta'sirining o'rtacha potentsial energiyasi moddaning hajmiga bog'liq, chunki hajm o'zgarganda molekulalar orasidagi o'rtacha masofa o'zgaradi. Binobarin, ichki energiya, umumiy holatda termodinamikada T harorat bilan birga V hajmga bog'liq.

Makroskopik jismlarning ichki energiyasi U bu jismlarning holatini tavsiflovchi parametrlar bilan yagona aniqlanadi: harorat va hajm.

Termodinamikada ishlash

Ichki energiya ikki yo'l bilan o'zgartirilishi mumkin: ishni bajarish orqali, ichki energiya tashqi kuchlar A ishiga teng miqdorda o'zgarganda va issiqlik uzatish, bunda ichki energiyaning o'zgarishi Q issiqlik miqdori bilan tavsiflanadi.

Ish tugagach, tananing hajmi o'zgaradi va uning tezligi nolga teng bo'lib qoladi. Ammo tana molekulalarining, masalan, gazning tezligi o'zgaradi. Shuning uchun tana harorati ham o'zgaradi.

Shunday qilib, termodinamikada ishlarni bajarishda makroskopik jismlarning holati o'zgaradi: ularning hajmi va harorati o'zgaradi.

Ishni hisoblash:

F " - gazning pistonni bosadigan kuchi;

F - pistonning gazga bosadigan kuchi;

A "- gazning tashqi jismlarda bajargan ishi;

A - tashqi jismlarning gaz ustida bajargan ishi.

1. gaz kengayadi

hajmining o'zgarishi qayerda.

Gaz energiyani atrofdagi jismlarga uzatadi va soviydi.

2.gaz siqilgan

Gaz tashqi jismlardan energiya oladi va qiziydi. Minus belgisi gaz siqilganda, tashqi kuchning ishi ijobiy ekanligini ko'rsatadi.

Har qanday makroskopik jism mavjud energiya uning mikro holati tufayli. Bu energiya chaqirdi ichki(ko'rsatgan U). Bu tanani tashkil etuvchi mikrozarrachalarning harakat va o'zaro ta'sir energiyasiga teng. Shunday qilib, ichki energiya ideal gaz uning barcha molekulalarining kinetik energiyasidan iborat, chunki bu holda ularning o'zaro ta'sirini e'tiborsiz qoldirish mumkin. Shuning uchun uning ichki energiya faqat gaz haroratiga bog'liq ( U ~T).

Ideal gaz modeli molekulalarning bir-biridan bir necha diametrli masofada joylashganligini nazarda tutadi. Shuning uchun ularning o'zaro ta'sirining energiyasi harakat energiyasidan ancha kam va uni e'tiborsiz qoldirish mumkin.

Haqiqiy gazlar, suyuqliklar va qattiq moddalarda mikrozarrachalarning (atomlar, molekulalar, ionlar va boshqalar) o'zaro ta'sirini e'tiborsiz qoldirib bo'lmaydi, chunki bu ularning xususiyatlariga sezilarli ta'sir qiladi. Shuning uchun ularning ichki energiya mikrozarrachalarning issiqlik harakatining kinetik energiyasi va ularning o'zaro ta'sirining potentsial energiyasidan iborat. Ularning ichki energiyasi, haroratdan tashqari T, hajmiga ham bog'liq bo'ladi V, chunki hajmning o'zgarishi atomlar va molekulalar orasidagi masofaga va shuning uchun ularning bir-biri bilan o'zaro ta'sirining potentsial energiyasiga ta'sir qiladi.

Ichki energiya Bu tananing harorati bilan belgilanadigan holatning funktsiyasidirTva V jild.

Ichki energiya harorat bilan aniq belgilanadiT va tana hajmi V, uning holatini tavsiflaydi:U =U (T, V)

Kimga ichki energiyani o'zgartirish jismni yaratish uchun siz mikro zarrachalarning issiqlik harakatining kinetik energiyasini yoki ularning o'zaro ta'sirining potentsial energiyasini (yoki ikkalasini birgalikda) o'zgartirishingiz kerak. Ma'lumki, bu ikki yo'l bilan amalga oshirilishi mumkin - issiqlik almashinuvi yoki ishni bajarish. Birinchi holda, bu ma'lum miqdorda issiqlik o'tkazilishi tufayli sodir bo'ladi Q; ikkinchisida - ishning bajarilishi tufayli A.

Shunday qilib, issiqlik miqdori va bajarilgan ish hisoblanadi tananing ichki energiyasidagi o'zgarish o'lchovi:

Δ U =Q +A.

Ichki energiyaning o'zgarishi tanaga ma'lum miqdorda issiqlik berish yoki ishning bajarilishi tufayli sodir bo'ladi.

Agar faqat issiqlik almashinuvi sodir bo'lsa, unda o'zgarish ichki energiya ma'lum miqdorda issiqlikni olish yoki berish orqali sodir bo'ladi: Δ U =Q. Tanani isitish yoki sovutishda u quyidagilarga teng:

Δ U =Q = sm (T 2 - T 1) =smDT.

Qattiq moddalar erib yoki kristallanganda ichki energiya mikrozarrachalarning oʻzaro taʼsirining potentsial energiyasining oʻzgarishi hisobiga oʻzgaradi, chunki moddaning tuzilishida strukturaviy oʻzgarishlar sodir boʻladi. Bu holda ichki energiyaning o'zgarishi tananing termoyadroviy (kristallanish) issiqligiga teng bo'ladi: D. U -Q pl =λ m, qayerda λ - qattiq jismning solishtirma erish issiqligi (kristallanish).

Suyuqliklarning bug'lanishi yoki bug'ning kondensatsiyasi ham o'zgarishga olib keladi ichki energiya, bug'lanish issiqligiga teng: Δ U =Q p =rm, qayerda r- suyuqlikning o'ziga xos bug'lanish (kondensatsiya) issiqligi.

O'zgarish ichki energiya Mexanik ishni bajarish (issiqlik o'tkazmasdan) tufayli tana soni ushbu ishning qiymatiga teng: Δ U =A.

Agar ichki energiyaning o'zgarishi issiqlik almashinuvi tufayli yuzaga kelsa, u holdaΔ U =Q =sm (T 2 -T 1),yokiΔ U = Q pl = λ m,yokiΔ U =Qn =rm.

Shuning uchun molekulyar fizika nuqtai nazaridan: Saytdan olingan material

Tananing ichki energiyasi u tashkil topgan atomlar, molekulalar yoki boshqa zarrachalarning issiqlik harakatining kinetik energiyasi va ular orasidagi o'zaro ta'sirning potentsial energiyasi yig'indisidir; termodinamik nuqtai nazardan, bu tananing (jismlar tizimining) holatining funktsiyasi bo'lib, uning makroparametrlari - harorat bilan aniq belgilanadi.Tva V jild.

Shunday qilib, ichki energiya Tizimning ichki holatiga bog'liq bo'lgan energiya. U tizimning barcha mikro zarralari (molekulalar, atomlar, ionlar, elektronlar va boshqalar)ning issiqlik harakati energiyasidan va ularning o'zaro ta'sir qilish energiyasidan iborat. Ichki energiyaning umumiy qiymatini aniqlash deyarli mumkin emas, shuning uchun ichki energiyaning o'zgarishi hisoblab chiqiladi Δ U, issiqlik uzatish va ishning bajarilishi tufayli yuzaga keladi.

Jismning ichki energiyasi issiqlik harakatining kinetik energiyasi va uni tashkil etuvchi mikrozarrachalarning o'zaro ta'sir qilish potentsial energiyasi yig'indisiga teng.

Ushbu sahifada mavzular bo'yicha materiallar:

• Sistema ichki energiyasini molekulyar-kinetik talqini

• "Tananing ichki energiyasidan foydalanish bo'yicha" qisqa xabar

• Qattiq jismning ichki energiyasini nima aniqlaydi

• Tananing ichki energiyasini o'zgartirish usuli qisqacha konspekt

• Atrofimizdagi barcha makroskopik jismlar zarrachalarga ega: atomlar yoki molekulalar. Doimiy harakatda bo'lgan holda, ular bir vaqtning o'zida ikki turdagi energiyaga ega: kinetik va potentsial va tananing ichki energiyasini hosil qiladi:

  U = ∑ E k + ∑ E p

  Bu kontseptsiya elektronlar, protonlar, neytronlarning bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilish energiyasini ham o'z ichiga oladi.

  Ichki energiyani o'zgartirish mumkinmi?

  Uni o'zgartirishning 3 yo'li mavjud:

  • issiqlik uzatish jarayoni tufayli;
  • mexanik ishlarni bajarish orqali;
  • kimyoviy reaksiyalarni amalga oshirish orqali.

  Keling, barcha variantlarni batafsil ko'rib chiqaylik.

  

  Agar ishni tananing o'zi bajarsa, unda uning ichki energiyasi pasaya boshlaydi va tanada ish bajarilganda uning ichki energiyasi ortadi.

  Energiyani ko'paytirishning eng oddiy misollari ishqalanish natijasida olov yoqish holatlari:

  • tinderdan foydalanish;
  • chaqmoq toshidan foydalanish;
  • gugurtlardan foydalanish.

  

  Haroratning o'zgarishi bilan bog'liq termal jarayonlar ham ichki energiyaning o'zgarishi bilan birga keladi. Agar tanani qizdirsangiz, uning energiyasi ortadi.

  

  Kimyoviy reaksiyalarning natijasi tuzilish va tarkibda bir-biridan farq qiluvchi moddalarning o'zgarishidir. Masalan, yoqilg'ining yonishi jarayonida vodorodni kislorod bilan birlashtirgandan so'ng, uglerod oksidi hosil bo'ladi. Xlorid kislota rux bilan birlashganda vodorod ajralib chiqadi va vodorodning yonishi natijasida suv bug'i ajralib chiqadi.

  Elektronlarning bir elektron qobiqdan ikkinchisiga o'tishi tufayli tananing ichki energiyasi ham o'zgaradi.

  Jismlarning energiyasi - bog'liqlik va xususiyatlar

  Ichki energiya tananing termal holatiga xos xususiyatdir. Bu quyidagilarga bog'liq:

  • agregatsiya holati va qaynash va bug'lanish, kristallanish yoki kondensatsiya, erish yoki sublimatsiya paytidagi o'zgarishlar;
  • tana vazni;
  • zarrachalarning kinetik energiyasini tavsiflovchi tana harorati;
  • moddaning turi.

  Monatomik ideal gazning ichki energiyasi

  Bu energiya, ideal holda, har bir zarrachaning tasodifiy va uzluksiz harakatlanadigan kinetik energiyalari va ularning ma'lum bir jism ichidagi o'zaro ta'sirining potentsial energiyasidan iborat. Bu haroratning o'zgarishi tufayli sodir bo'ladi, bu Joulning tajribalari bilan tasdiqlangan.

  Monatomik gazning ichki energiyasini hisoblash uchun quyidagi tenglamadan foydalaning:

  Bu erda harorat o'zgarishiga qarab, ichki energiya o'zgaradi (harorat ortishi bilan ortadi va haroratning pasayishi bilan kamayadi). Ichki energiya davlat funktsiyasidir.

  Ichki energiya- jonli va jonsiz tabiatning barcha jismlarining mavjudligi va xususiyatlarining eng muhim sharti. Uning sayyoramizdagi hayotni tashkil etishdagi ahamiyatini aniqlash uchun termodinamikaning asosiy fizik tushunchalarini eslaylik.

  Makroskopik jismlar harakatlanuvchi va o'zaro ta'sir qiluvchi zarralardan iborat: molekulalar, atomlar, ionlari... O'z navbatida, atomlarning atomlari va yadrolari ham harakatlanuvchi va o'zaro ta'sir qiluvchi zarralardan iborat.

  Ma'lumki, harakatlanuvchi jismlar kinetik energiyaga ega, shuning uchun moddani tashkil etuvchi zarralar (molekulalar, atomlar, ionlar) ham kinetik energiyaga ega.

  O'zaro ta'sir qiluvchi jismlar o'zaro ta'sir energiyasiga yoki potentsial energiyaga ega. Moddaning zarralari bir-biri bilan o'zaro ta'sirlashgani uchun ular potensial energiyaga ega.

  Binobarin, makroskopik jismlarni tashkil etuvchi zarralar kinetik va potentsial energiyaga ega, ularning yig'indisi ichki energiya makroskopik tizim.

  Ichki energiya (U) makroskopik tizimning kinetik energiyasi yig'indisi deyiladi (EK) uni tashkil etuvchi zarrachalar (molekulalar, atomlar, ionlar) va potentsial energiyaning harakati (EP) ularning o'zaro ta'siri:U =E K +E P.

  Ichki energiyani o'lchash birligi joul (1 J).

  Ichki energiya moddaning atomlari va yadrolarini tashkil etuvchi zarrachalarning harakat va o'zaro ta'sir energiyasini ham o'z ichiga oladi, ammo molekulyar fizikada ular juda yuqori bo'lmagan haroratlarda sodir bo'ladigan va moddaning o'zgarishi bilan bog'liq bo'lmagan jarayonlar bilan shug'ullanadi. Bu jarayonlarda atom ichidagi va yadro ichidagi energiya o'zgarmaydi.

  Ichki energiya, shuningdek, harorat, bosim va hajm ( termodinamik parametrlar), tizimning holatini tavsiflaydi. Tananing holati o'zgarganda, ichki energiyaning qiymati ham o'zgaradi.

  Ma'lumki, jismning kinetik energiyasi uning tezligining kvadratiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Molekulalarning tezligi har xil bo'lganligi va shuning uchun har xil kinetik energiyaga ega bo'lganligi sababli, ularning yig'indisi molekulalar tezligining o'rtacha kvadratiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lgan o'rtacha kinetik energiya bilan tavsiflanadi:

  Ėk = m 0 v̇ 2 / 2.Saytdan olingan material

  Jismning harorati uning tarkibidagi zarrachalarning o'rtacha kinetik energiyasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lganligi sababli, tananing ichki energiyasi uning haroratiga bog'liq va ichki energiyaning o'zgarishini tana haroratining o'zgarishi bilan baholash mumkin.

  Jismning ichki energiyasi ham uning yig'ilish holatiga bog'liq. Shunday qilib, u bir xil haroratdagi bir xil massadagi suvga qaraganda santigratli bug'da ko'proq. Bu bug 'va suv molekulalari o'rtasidagi o'zaro ta'sirning potentsial energiyalaridagi farq bilan bog'liq.

  Ichki energiya tananing deformatsiyasiga ham bog'liq: deformatsiyalangan tanada deformatsiyalanmaganga qaraganda ko'proq.

  Shuni yodda tutish kerakki, tananing ichki energiyasi uning butun harakati va kosmosdagi holatiga bog'liq emas. Shunday qilib, polda yotgan va ma'lum bir balandlikka ko'tarilgan to'pning ichki energiyasining qiymatlari xuddi shu boshqa sharoitlarda bir xil bo'ladi.

  Ushbu material bo'yicha savollar: