Когато вътрешната енергия намалява. Начини за промяна на вътрешната енергия

Теми на кодификатора USEКлючови думи: вътрешна енергия, топлопренос, видове топлопренос.

Частиците на всяко тяло - атоми или молекули - извършват хаотично непрестанно движение (т.нар. термично движение). Следователно всяка частица има някаква кинетична енергия.

Освен това частиците на материята взаимодействат помежду си чрез силите на електрическо привличане и отблъскване, както и чрез ядрени сили. Следователно цялата система от частици на дадено тяло също има потенциална енергия.

Кинетичната енергия на топлинното движение на частиците и потенциалната енергия на тяхното взаимодействие заедно образуват нов вид енергия, която не се редуцира до механичната енергия на тялото (т.е. кинетичната енергия на движението на тялото като цяло и потенциалната енергия на взаимодействието му с други тела). Този вид енергия се нарича вътрешна енергия.

Вътрешната енергия на тялото е общата кинетична енергия на топлинното движение на неговите частици плюс потенциалната енергия на тяхното взаимодействие помежду си.

Вътрешната енергия на термодинамичната система е сумата от вътрешните енергии на телата, включени в системата.

Така вътрешната енергия на тялото се формира от следните термини.

1. Кинетична енергия на непрекъснато хаотично движение на частици на тялото.
2. Потенциална енергия на молекули (атоми), дължаща се на силите на междумолекулното взаимодействие.
3. Енергия на електроните в атомите.
4. Вътрешноядрена енергия.

В случая на най-простия модел на материята - идеален газ - може да се получи изрична формула за вътрешната енергия.

Вътрешна енергия на едноатомния идеален газ

Потенциалната енергия на взаимодействие между частиците на идеален газ е нула (припомнете си, че в модела на идеалния газ ние пренебрегваме взаимодействието на частици от разстояние). Следователно вътрешната енергия на едноатомния идеален газ се свежда до общата кинетична енергия на транслационните (за многоатомния газ трябва да се вземе предвид и въртенето на молекулите и вибрациите на атомите в молекулите) на неговите атоми. Тази енергия може да бъде намерена чрез умножаване на броя на газовите атоми по средната кинетична енергия на един атом:

Виждаме, че вътрешната енергия на идеален газ (чиято маса и химичен състав са непроменени) е функция само на неговата температура. За реален газ, течен или твърд, вътрешната енергия също ще зависи от обема - в края на краищата, когато обемът се промени, относителното положение на частиците се променя и в резултат на това потенциалната енергия на тяхното взаимодействие.

Държавна функция

Най-важното свойство на вътрешната енергия е, че е държавна функциятермодинамична система. А именно вътрешната енергия се определя еднозначно от набор от макроскопични параметри, характеризиращи системата и не зависи от „предисторията“ на системата, т.е. за състоянието, в което е била системата преди и как конкретно се е озовала в това състояние.

Така че, по време на прехода на една система от едно състояние в друго, промяната във вътрешната й енергия се определя само от началното и крайното състояние на системата и не зависиот пътя на прехода от първоначалното състояние към крайното. Ако системата се върне в първоначалното си състояние, тогава промяната във вътрешната й енергия е нула.

Опитът показва, че има само два начина за промяна на вътрешната енергия на тялото:

Извършване на механична работа;
пренос на топлина.

Просто казано, можете да затоплите чайника само с две основно различни начини: разтрийте го с нещо или го запалете :-) Нека разгледаме тези методи по-подробно.

Промяна във вътрешната енергия: извършване на работа

Ако работата е свършена по-горетялото, вътрешната енергия на тялото се увеличава.

Например, пирон след удар с чук се нагрява и се деформира малко. Но температурата е мярка за средната кинетична енергия на частиците на тялото. Нагряването на пирон показва увеличаване на кинетичната енергия на неговите частици: всъщност частиците се ускоряват от удар с чук и от триенето на пирона в дъската.

Деформацията не е нищо друго освен изместване на частиците една спрямо друга; След удара нокътът претърпява компресионна деформация, частиците му се приближават една към друга, силите на отблъскване между тях се увеличават и това води до увеличаване на потенциалната енергия на частиците на ноктите.

Така вътрешната енергия на нокътя се е увеличила. Това беше резултатът от работата, извършена върху него - работата беше извършена от чука и силата на триене върху дъската.

Ако работата е свършена самитялото, тогава вътрешната енергия на тялото намалява.

Нека например сгъстен въздух в топлоизолиран съд под бутало да се разшири и повдигне определен товар, като по този начин върши работа (процесът в топлоизолиран съд се нарича адиабатен. Ще изучаваме адиабатния процес, като разгледаме първия закон на термодинамиката). По време на такъв процес въздухът ще се охлажда - неговите молекули, удряйки след движещото се бутало, му дават част от своята кинетична енергия. (По същия начин футболист, спирайки бързо летяща топка с крак, прави движение с крака си оттопка и гаси нейната скорост.) Следователно вътрешната енергия на въздуха намалява.

Следователно въздухът работи благодарение на вътрешната си енергия: тъй като съдът е топлоизолиран, няма приток на енергия към въздуха от външни източници и въздухът може да черпи енергия за извършване на работа само от собствените си резерви.

Промяна във вътрешната енергия: пренос на топлина

Преносът на топлина е процесът на пренос на вътрешна енергия от по-горещо тяло към по-студено, който не е свързан с извършването на механична работа.. Преносът на топлина може да се осъществи или чрез директен контакт на телата, или чрез междинна среда (и дори чрез вакуум). Преносът на топлина също се нарича топлообмен.

Има три вида пренос на топлина: проводимост, конвекция и топлинно излъчване.

Сега ще ги разгледаме по-подробно.

Топлопроводимост

Ако поставите желязна пръчка с единия край в огъня, тогава, както знаем, не можете да я държите в ръката си дълго време. Попадайки в областта на висока температура, атомите на желязото започват да вибрират по-интензивно (т.е. придобиват допълнителна кинетична енергия) и да нанасят по-силни удари на съседите си.

Кинетичната енергия на съседните атоми също се увеличава и сега тези атоми придават допълнителна кинетична енергия на своите съседи. И така, от секция на секция, топлината постепенно се разпространява по пръчката - от края, поставен в огъня, до ръката ни. Това е топлопроводимост (фиг. 1) (Изображение от educationalelectronicsusa.com).

Ориз. 1. Топлопроводимост

Топлопроводимостта е пренос на вътрешна енергия от по-нагрети части на тялото към по-малко нагрети поради топлинно движение и взаимодействието на частиците на тялото..

Топлопроводимостта на различните вещества е различна. Металите имат висока топлопроводимост: среброто, медта и златото са най-добрите проводници на топлина. Топлопроводимостта на течностите е много по-малка. Газовете провеждат топлина толкова зле, че вече принадлежат към топлоизолатори: поради големите разстояния между тях, газовите молекули взаимодействат слабо помежду си. Ето защо, например, в прозорците се правят двойни рамки: слой въздух предотвратява изтичането на топлина).

Следователно порестите тела, като тухли, вълна или козина, са лоши проводници на топлина. Те съдържат въздух в порите си. Нищо чудно, че тухлените къщи се считат за най-топлите, а в студено време хората носят кожени палта и якета със слой пух или подплатен полиестер.

Но ако въздухът провежда топлина толкова лошо, тогава защо стаята се затопля от батерията?

Това се случва поради друг вид пренос на топлина - конвекция.

Конвекция

Конвекцията е пренос на вътрешна енергия в течности или газове в резултат на циркулация на потоци и смесване на материята.

Въздухът близо до батерията се нагрява и се разширява. Силата на гравитацията, действаща върху този въздух, остава същата, но издърпващата сила от околния въздух се увеличава, така че нагрятият въздух започва да плува към тавана. На негово място идва студен въздух (същият процес, но в много по-голям мащаб, постоянно се случва в природата: така възниква вятърът), с който се повтаря едно и също нещо.

В резултат на това се установява циркулация на въздуха, която служи като пример за конвекция - разпределението на топлината в помещението се извършва от въздушни потоци.

Напълно аналогичен процес може да се наблюдава в течност. Когато поставите чайник или тенджера с вода на котлона, водата се нагрява основно поради конвекция (тук приносът на топлопроводимостта на водата е много незначителен).

Конвекционните течения във въздуха и течността са показани на фиг. 2 (изображения от physics.arizona.edu).

Ориз. 2. Конвекция

В твърдите тела няма конвекция: силите на взаимодействие на частиците са големи, частиците осцилират близо до фиксирани пространствени точки (възлите на кристалната решетка) и при такива условия не могат да се образуват потоци от материя.

За циркулацията на конвекционните потоци при отопление на помещението е необходимо загрят въздух имаше място за плаване. Ако радиаторът е монтиран под тавана, тогава няма да има циркулация - топъл въздух ще остане под тавана. Ето защо се поставят отоплителни уреди на дънотостаи. По същата причина слагат чайника наогън, в резултат на което нагрятите слоеве вода, издигайки се, отстъпват място на по-студените.

Напротив, климатикът трябва да бъде поставен възможно най-високо: тогава охладеният въздух ще започне да се спуска и на негово място ще дойде по-топъл въздух. Циркулацията ще върви в обратна посока в сравнение с движението на потоците при отопление на помещението.

топлинно излъчване

Как Земята получава енергия от Слънцето? Топлопроводимостта и конвекцията са изключени: ние сме разделени от 150 милиона километра безвъздушно пространство.

Ето третия вид топлопреминаване - топлинно излъчване. Радиацията може да се разпространява както в материя, така и във вакуум. Как възниква?

Оказва се, че електрическото и магнитното поле са тясно свързани едно с друго и имат едно забележително свойство. Ако електрическото поле се променя с времето, то генерира магнитно поле, което, най-общо казано, също се променя с времето (повече за това ще бъде обсъдено в листовката за електромагнитната индукция). На свой ред променливо магнитно поле генерира променливо електрическо поле, което отново генерира променливо магнитно поле, което отново генерира променливо електрическо поле ...

В резултат на развитието на този процес, електромагнитна вълна- "закачени" едно за друго електрически и магнитни полета. Подобно на звука, електромагнитните вълни имат скорост и честота на разпространение - в този случай това е честотата, с която величините и посоките на полетата се колебаят във вълната. Видимата светлина е специален случай на електромагнитни вълни.

Скоростта на разпространение на електромагнитните вълни във вакуум е огромна: km/s. И така, от Земята до Луната светлината пътува малко повече от секунда.

Честотният диапазон на електромагнитните вълни е много широк. Ще говорим повече за мащаба на електромагнитните вълни в съответния лист. Тук само отбелязваме, че видимата светлина е малък диапазон от този мащаб. Под него лежат честотите на инфрачервеното лъчение, отгоре - честотите на ултравиолетовото лъчение.

Припомнете си сега, че атомите като цяло са електрически неутрални, съдържат положително заредени протони и отрицателно заредени електрони. Тези заредени частици, извършвайки хаотично движение заедно с атомите, създават променливи електрически полета и по този начин излъчват електромагнитни вълни. Тези вълни се наричат топлинно излъчване- като напомняне, че техният източник е топлинното движение на частиците на материята.

Всяко тяло е източник на топлинно излъчване. В този случай излъчването отнема част от вътрешната си енергия. Срещайки атомите на друго тяло, излъчването ги ускорява с осцилиращото си електрическо поле и вътрешната енергия на това тяло се увеличава. Ето как се печем на слънце.

При обикновени температури честотите на топлинното излъчване са в инфрачервения диапазон, така че окото не го възприема (не виждаме как „светим“). Когато тялото се нагрява, неговите атоми започват да излъчват вълни с по-високи честоти. Железният пирон може да бъде нажежен до червено - доведен до такава температура, че топлинното му излъчване да отиде в долната (червена) част на видимия диапазон. И Слънцето ни изглежда жълто-бяло: температурата на повърхността на Слънцето е толкова висока, че в спектъра на нейното излъчване има всички честоти на видимата светлина и дори ултравиолетовата, благодарение на която се слънчеви бани.

Нека да разгледаме отново трите вида топлопренос (Фигура 3) (изображения от beodom.com).

Ориз. 3. Три вида пренос на топлина: проводимост, конвекция и излъчване

Вътрешната енергия може да се промени по два начина.

Ако се извършва работа върху тяло, неговата вътрешна енергия се увеличава.

Вътрешна енергия на тялото(означен като E или U) е сумата от енергиите на молекулярните взаимодействия и топлинните движения на молекула. Вътрешната енергия е еднозначна функция на състоянието на системата. Това означава, че когато една система се окаже в дадено състояние, нейната вътрешна енергия приема стойността, присъща на това състояние, независимо от историята на системата. Следователно промяната на вътрешната енергия по време на прехода от едно състояние в друго винаги ще бъде равна на разликата между нейните стойности в крайното и първоначалното състояние, независимо от пътя, по който е направен преходът.

Вътрешната енергия на тялото не може да бъде измерена директно. Може да се определи само промяната във вътрешната енергия:

Тази формула е математически израз на първия закон на термодинамиката

За квазистатичните процеси има следната връзка:

Температурата се измерва в Келвин

Ентропия, измерена в джаули/келвини

Налягането се измерва в паскали

Химичен потенциал

Брой частици в системите

Топлина на изгаряне на горивото. условно гориво. Количеството въздух, необходимо за изгаряне на горивото.

Качеството на горивото се оценява по неговата калоричност. За характеризиране на твърди и течни горива се използва специфичната калоричност, която е количеството топлина, освободено при пълното изгаряне на единица маса (kJ / kg). За газообразните горива се използва обемната калоричност, която е количеството топлина, отделяно при изгарянето на единичен обем (kJ / m3). В допълнение, газообразното гориво в някои случаи се оценява по количеството топлина, отделена по време на пълното изгаряне на един мол газ (kJ / mol).

Топлината на горене се определя не само теоретично, но и емпирично, чрез изгаряне на определено количество гориво в специални устройства, наречени калориметри. Топлината на горене се оценява чрез повишаване на температурата на водата в колориметъра. Резултатите, получени по този метод, са близки до стойностите, изчислени от елементния състав на горивото.

Въпрос 14Промяна на вътрешната енергия по време на нагряване и охлаждане. Работата на газа с промяна в обема.

Вътрешната енергия на тялото зависивърху средната кинетична енергия на неговите молекули, а тази енергия от своя страна зависи от температурата. Следователно, променяйки телесната температура, ние променяме и вътрешната му енергия.При нагряване на тялото вътрешната му енергия се увеличава, а при охлаждане намалява.

Вътрешната енергия на тялото може да бъде променена, без да се извършва работа. Така например може да се увеличи чрез загряване на чайник с вода на котлона или като спуснете лъжица в чаша горещ чай. Отоплят се камината, в която се разпалва огънят, покривът на къщата, осветен от слънцето и т. н. Повишаването на температурата на телата във всички тези случаи означава увеличаване на вътрешната им енергия, но това увеличение става без извършване на работа. .

Промяна във вътрешната енергиятялото без да върши работа се нарича топлопренос. Преносът на топлина се осъществява между тела (или части от едно и също тяло), които имат различни температури.

Как например става топлопреминаването, когато студена лъжица влезе в контакт с гореща вода? Първо, средната скорост и кинетичната енергия на молекулите на горещата вода надвишават средната скорост и кинетичната енергия на металните частици, от които е направена лъжицата. Но на тези места, където лъжицата влиза в контакт с вода, молекулите на горещата вода започват да прехвърлят част от кинетичната си енергия към частиците на лъжицата и те започват да се движат по-бързо. В този случай кинетичната енергия на водните молекули намалява, а кинетичната енергия на частиците на лъжицата се увеличава. Заедно с енергията се променя и температурата: водата постепенно се охлажда, а лъжицата се нагрява. Промяната в температурата им става, докато стане еднаква както за водата, така и за лъжицата.

Част от вътрешната енергия, предавана от едно тяло на друго по време на топлообмен, се обозначава с буква и се нарича количество топлина.

Q е количеството топлина.

Количеството топлина не трябва да се бърка с температурата. Температурата се измерва в градуси, а количеството топлина (както всяка друга енергия) се измерва в джаули.

Когато тела с различни температури влязат в контакт, по-горещото тяло отдава определено количество топлина, а по-студеното тяло я получава.

Работете при изобарно разширение на газ. Един от основните термодинамични процеси, които протичат в повечето топлинни двигатели, е процесът на разширяване на газа с извършване на работа. Лесно е да се определи работата, извършена по време на изобарното разширение на газ.

Ако по време на изобарното разширение на газа от обем V1 до обем V2 буталото се движи в цилиндъра на разстояние l (фиг. 106), то работата A ", извършена от газа, е равна на

Където p е налягането на газа, е промяната в неговия обем.

Работете с произволен процес на разширяване на газ.Произволен процес на разширяване на газ от обем V1 до обем V2 може да бъде представен като набор от редуващи се изобарни и изохорни процеси.

Работете с изотермично газово разширение. Сравнявайки площите на фигурите под сеченията на изотермата и изобара, можем да заключим, че разширяването на газа от обем V1 до обем V2 при една и съща начална стойност на налягането на газа е придружено в случай на изобарно разширение от повече работа.

Работете с компресия на газ. Когато газът се разширява, посоката на вектора на силата на налягането на газа съвпада с посоката на вектора на изместване, така че работата A "извършена от газа е положителна (A" > 0), а работата A на външните сили е отрицателна: A \u003d -A "< 0.

При компресиране на газпосоката на вектора на външната сила съвпада с посоката на движение, следователно работата A на външните сили е положителна (A > 0), а работата A "извършена от газа е отрицателна (A"< 0).

адиабатен процес. В допълнение към изобарните, изохорните и изотермичните процеси, адиабатните процеси често се разглеждат в термодинамиката.

Адиабатен процес е процес, който протича в термодинамична система при липса на топлообмен с околните тела, т.е. при условие Q = 0.

Въпрос 15 Условия за равновесие на тялото. Момент на сила. Видове баланс.

Равновесие или равновесие на редица свързани явления в природните и човешките науки.

Счита се, че една система е в състояние на равновесие, ако всички влияния върху тази система са компенсирани от други или липсват изобщо. Подобна концепция е устойчивостта. Равновесието може да бъде стабилно, нестабилно или безразлично.

Типични примери за баланс:

1. Механичното равновесие, известно още като статично равновесие, е състояние на тяло в покой или равномерно движещо се, при което сумата от силите и моментите, действащи върху него, е нула.

2. Химическо равновесие – положение, при което химичната реакция протича в същата степен като обратната реакция и в резултат на това няма промяна в количеството на всеки компонент.

3. Физическото равновесие на хората и животните, което се поддържа чрез разбиране на неговата необходимост, а в някои случаи и чрез изкуствено поддържане на това равновесие [източник не е посочен 948 дни].

4. Термодинамично равновесие – състоянието на системата, при което нейните вътрешни процеси не водят до изменения в макроскопските параметри (като температура и налягане).

Рравенство на нула на алгебричната сума моменти на силисъщо не означава, че тялото непременно е в покой. В продължение на няколко милиарда години въртенето на Земята около оста й продължава с постоянен период именно защото алгебричната сума на моментите на силите, действащи на Земята от други тела, е много малка. По същата причина въртящото се велосипедно колело продължава да се върти с постоянна честота и само външни сили спират това въртене.

Видове баланс. На практика важна роля играе не само изпълнението на условието за равновесие за телата, но и качествената характеристика на равновесието, наречена устойчивост. Има три вида баланс на телата: стабилен, нестабилен и безразличен. Равновесието се нарича стабилно, ако след малки външни влияния тялото се върне в първоначалното си състояние на равновесие. Това се случва, ако при леко изместване на тялото в каквато и да е посока от изходното положение, резултантната на силите, действащи върху тялото, стане различна от нула и се насочи към положението на равновесие. В стабилно равновесие е, например, топка в дъното на вдлъбнатината.

Общото условие за равновесие на тялото. Комбинирайки двата извода, можем да формулираме общо условие за равновесие за едно тяло: тялото е в равновесие, ако геометричната сума от векторите на всички приложени към него сили и алгебричния сбор от моментите на тези сили около оста на въртене са равно на нула.

Въпрос 16Изпаряване и кондензация. Изпаряване. Вряща течност. Зависимост на кипенето на течността от налягането.

изпаряване -свойството на капките течности да променят агрегатното си състояние и да се превръщат в пара. Изпаряване, което се случва само на повърхността на капеща течност, се нарича изпаряване. Изпаряването по целия обем на течността се нарича кипене; възниква при определена температура, в зависимост от налягането. Налягането, при което течността кипи при дадена температура, се нарича налягане на наситена пара pnp, стойността му зависи от вида на течността и нейната температура.

Изпаряване- процесът на преминаване на вещество от течно състояние в газообразно състояние (пара). Процесът на изпарение е обратен на процеса на кондензация (преход от парно в течно състояние. Изпаряване (изпаряване), преход на вещество от кондензирана (твърда или течна) фаза към газообразна (пара); фаза от първи ред преход.

Кондензация -това е обратният процес на изпаряване. По време на кондензация, молекулите на парите се връщат в течността. В затворен съд течността и нейните пари могат да бъдат в състояние на динамично равновесие, когато броят на молекулите, напускащи течността, е равен на броя на молекулите, които се връщат в течността от парата, тоест когато скоростите на изпарение и кондензите са еднакви. Такава система се нарича двуфазна система. Пара, която е в равновесие с течността, се нарича наситена. Броят на молекулите, излъчени от единица повърхност на течността за една секунда, зависи от температурата на течността. Броят на молекулите, връщащи се от пара в течност, зависи от концентрацията на молекулите на парите и от средната скорост на тяхното топлинно движение, която се определя от температурата на парата.

Кипене- процесът на изпаряване в течност (преход на вещество от течно в газообразно състояние), с появата на граници на разделяне на фазите. Точката на кипене при атмосферно налягане обикновено се дава като една от основните физикохимични характеристики на химически чисто вещество.

Варенето се различава по вид:

1. кипене със свободна конвекция в голям обем;

2. кипене при принудителна конвекция;

3. както и по отношение на средната температура на течността към температурата на насищане:

4. кипене на течност, преохладена до температура на насищане (повърхностно кипене);

5. кипене на течност, загрята до температура на насищане

балон

Кипене , при което се образува пара под формата на периодично изникващи и нарастващи мехурчета, се нарича нуклеатно кипене. При бавно ядрено кипене в течност (по-точно, като правило, по стените или на дъното на съда), се появяват мехурчета, пълни с пара. Поради интензивното изпаряване на течността вътре в мехурчетата те растат, плуват и парата се отделя в парната фаза над течността. В този случай в пристенния слой течността е в леко прегряване, тоест температурата й надвишава номиналната точка на кипене. При нормални условия тази разлика е малка (от порядъка на един градус).

филм

Когато топлинният поток се увеличи до определена критична стойност, отделни мехурчета се сливат, образувайки непрекъснат слой от пара близо до стената на съда, който периодично пробива в обема на течността. Този режим се нарича филмов режим.

©2015-2019 сайт
Всички права принадлежат на техните автори. Този сайт не претендира за авторство, но предоставя безплатно използване.
Дата на създаване на страницата: 20.08.2016 г

ТЕМПЕРАТУРА И НЕЙНОТО ИЗМЕРВАНЕ.

[Q]=Дж. Q=DU.

ТЕРМИЧНИ ПРОЦЕСИ.

топене и кристализация.

Едно и също вещество може да бъде при определени условия в твърдо, течно и газообразно състояние, наречено агрегат.

ПРЕХОДЪТ ОТ ТВЪРДО КЪМ ТЕЧНО СЪСТОЯНИЕ се нарича топене.Топенето става при температура, наречена точка на топене. Точките на топене на веществата са различни, т.к структурата им е различна. Точка на топене - таблична стойност. По време на процеса на топене температурата не се променя, т.к подадената топлина се изразходва за разрушаване на кристалната решетка на твърдото вещество.

КОЛИЧЕСТВОТО ТОПЛИНА, НЕОБХОДИМО ЗА ПРЕОБРАЗУВАНЕ НА 1 KG ТВЪРДО ТВЪРДО, ВЗЕТАНО ПРИ ТЕМПЕРАТУРА НА ТОПЕНЕ В ТЕЧНОСТ СЪС СЪЩАТА ТЕМПЕРАТУРА, се нарича СПЕЦИФИЧНА ТОПЛИНА НА ТОПЕНЕ. [l]=J/kg.

КРИСТАЛИЗАЦИЯТА Е ПРОЦЕС НА ПРЕХОД НА ВЕЩЕСТВО ОТ ТЕЧНО В ТВЪРДО СЪСТОЯНИЕ. Точката на топене на веществото е равна на температурата му на кристализация. Както в процеса на топене, температурата не се променя по време на кристализация, т.к по време на кристализация се отделя топлината, която някога е била изразходвана за топене на тялото. Той поддържа температурата на кристализиращото тяло постоянна. В съответствие със закона за запазване на енергията, при изчисляване на количеството топлина, отделена по време на кристализация, се използва същата формула като при топенето. За да се покаже посоката на пренос на топлина, в нея се въвежда знак минус.

Изпаряване и кондензация.

ИЗПАРЯВАНЕТО Е ПРОЦЕС НА ПРЕХОД НА ВЕЩЕСТВО ОТ ТЕЧНО В ГАЗОТО СЪСТОЯНИЕ. Течните молекули се привличат една друга, така че само най-бързите молекули с висока кинетична енергия могат да излитат от течността. Ако няма подаване на топлина, тогава температурата на изпаряващата се течност намалява. Скоростта на изпарение зависи от температурата на течността, нейната повърхност, вида на течността и наличието на вятър над нейната повърхност.

КОНДЕНЗИРАНЕТО Е ПРЕВРАЩАНЕ НА ТЕЧНОСТ В ПАРА. В отворен съд скоростта на изпарение надвишава скоростта на кондензация. В затворен съд скоростите на изпарение и кондензация са равни.

Когато течността се нагрее на дъното и стените на съда, започва отделянето на разтворен в течността въздух. Вътре в тези мехурчета течността се изпарява. Под действието на архимедовата сила мехурчетата се откъсват от стените на съда и изплват нагоре. Те попадат в още незагрята течност, парата кондензира. Мехурчетата се срутват. В същото време се чува характерен шум.

Когато течността се нагрее, кондензацията на парите в мехурчетата спира. И парният мехур, увеличаващ се по размер поради продължително изпаряване, достига повърхността на течността, се спуква, освобождавайки съдържащата се в него пара в атмосферата. Течността кипи. КИРЕНЕТО Е ИЗПАРЯВАНЕ, КОЕТО СЕ НАСЪЩАВА ВЪРХУ ЦЕЛИЯ ОБЕМ НА ТЕЧНОСТТА . Кипенето се случва при температура, наречена точка на кипене, която зависи от вида на течността и налягането над нейната повърхност. Когато външното налягане намалява, точката на кипене на течността намалява. По време на процеса на кипене температурата на течността остава постоянна, т.к. вложената енергия се изразходва за преодоляване на взаимното привличане на течните молекули.

КОЛИЧЕСТВОТО ТОПЛИНА, НЕОБХОДИМО ЗА ТРАНСФОРМИРАНЕ НА 1 KG ТЕЧНОСТ В ПАРА СЪС СЪЩА ТЕМПЕРАТУРА, се нарича СПЕЦИФИЧНА ТОПЛИНА НА ИЗПАРЕНИЕ. [L] = J/kg. Специфичната топлина на изпаряване за различните течности е различна и нейната числена стойност е таблична стойност. За да се изчисли количеството топлина, необходимо за изпаряване на течност, е необходимо да се умножи специфичната топлина на изпаряване на тази течност по масата на изпарената течност.

Когато парата кондензира, се отделя същото количество топлина, което е изразходвано за нейното изпаряване. Интензивна кондензация на пара настъпва при температура на кондензация, равна на точката на кипене.

Изгаряне на гориво.

По време на изгарянето на горивото протича процесът на образуване на молекули на въглероден диоксид от въглеродните атоми на горивото и кислородните атоми на атмосферния въздух. Този окислителен процес е придружен от отделяне на голямо количество топлина. За да характеризираме различните видове гориво, ние въвеждаме СПЕЦИФИЧНА ТОПЛИНА НА ГОРИВАНЕ НА ГОРИВОТО - КОЛИЧЕСТВОТО ОТПУСКАНА ТОПЛИНА ПРИ ПЪЛНО ИЗГОРЯВАНЕ НА 1 КГ ГОРИВО . [q]=J/kg. Както всички други специфични стойности, специфичната топлина на изгаряне на горивото е таблична стойност. За да се изчисли количеството топлина, отделена по време на пълното изгаряне на горивото, е необходимо да се умножи специфичната топлина на изгаряне на горивото по масата на горивото.

Изгарянето на горивото е необратим процес, т.е. тече само в една посока.

Законът на Кулон.

Точков заряд е заряд, разположен върху тяло, чийто размер и форма могат да бъдат пренебрегнати при дадени условия. Законът за взаимодействие на неподвижните точкови заряди е открит експериментално с помощта на торсионни везни от Ш. Кулон през 1785г.

Торсионната везна представлява лек изолационен лъч с малки проводящи топчета, фиксирани в краищата му, едната от които не участва в експеримента, а служи само като противотежест. Кобилицата е окачена на тънка еластична нишка. През капака на устройството вътре се спуска трета идентична заредена топка. Една от топките за люлеене се привлича към вкараната топка. В този случай зарядът се разделя между тях наполовина, т.е. върху топките ще има заряди с едно и също име със същия размер. Топките ще отскачат една от друга. Силата на взаимодействие между топките се измерва чрез ъгъла на усукване на конеца. Големината на заряда може да бъде променена чрез премахване на третата топка от устройството и премахване на заряда от него. След въвеждането му в устройството и ново разделяне на зарядите, половината от първоначалния заряд ще остане върху топките. Променяйки големината на зарядите и разстоянието между тях, Кулон установи това СИЛАТА НА ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НА ТОЧКОВИТЕ ЗАРЯДИ Е ПРЯКО ПРОПОРЦИОНАЛНА НА МОДУЛИТЕ НА ЗАРЯДИ И Е ОБРАТНА ПРОПОРЦИОНАЛНО НА КВАДРАТА НА РАЗСТОЯНИЕТО МЕЖДУ ТЯХ . Точковите заряди са тези, разположени върху тела, чийто размер и форма могат да бъдат пренебрегнати в тази конкретна ситуация.

F ~ q 1 , F~q 2 , F~1/r 2 Þ F~½q 1 ½½q 2 ½/r 2 .

Освен това беше установено, че силата на взаимодействие между зарядите във вакуум е по-голяма, отколкото във всяка диелектрична среда. Стойността, показваща колко пъти силата на взаимодействие на зарядите във вакуум е по-голяма, отколкото в дадена среда, се нарича проницаемост на средата. Диелектричната константа на средата е таблична стойност.

e = F в /F. [д] = 1.

Експериментално е установено, че коефициентът на пропорционалност в закона на Кулон k = 9 * 1O 9 Nm 2 /C 2 е силата, с която два точкови заряда от 1 C всеки на разстояние 1 m ще взаимодействат във вакуум.

F = k |q 1 | |q 2 |/ er 2 .

Законът на Кулон е валиден и за заредени топки. В този случай r се разбира като разстоянието между техните центрове.

ЗАКОН НА ОМ ЗА ВЕРИЖНА СЕКЦИЯ.

Увеличаването на потенциалната разлика в краищата на проводника води до увеличаване на тока в него. Ом експериментално доказа, че силата на тока в проводника е право пропорционална на потенциалната разлика в него.

Когато към една и съща електрическа верига са свързани различни консуматори, силата на тока в тях е различна. Това означава, че различните консуматори възпрепятстват преминаването на електрически ток през тях по различни начини. ФИЗИЧЕСКО КОЛИЧЕСТВО, ХАРАКТЕРИСТИЧНО СПОСОБНОСТТА НА ПРОВОДНИК ДА ПРЕДОТВРАТЯВА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ТОК, ПРЕЗ НЕГО, СЕ НАРИЧА ЕЛЕКТРИЧЕСКО СЪПРОТИВЛЕНИЕ . Съпротивлението на даден проводник е постоянна стойност при постоянна температура. С повишаване на температурата съпротивлението на металите се увеличава, докато това на течностите намалява. [R] = Ом. 1 Ohm е съпротивлението на такъв проводник, през който протича ток от 1 A с потенциална разлика в краищата му от 1 V. Най-често използваните метални проводници. Носителите на ток в тях са свободни електрони. Когато се движат по проводник, те взаимодействат с положителните йони на кристалната решетка, като им дават част от енергията си и губят скорост. За да получите желаното съпротивление, използвайте кутията за съпротивление. Съпротивителна кутия е набор от намотки от тел с известни съпротивления, които могат да бъдат включени във веригата в желаната комбинация.

Ом експериментално установи това СИЛНОСТТА НА ТОКА В ХОМОГЕННА СЕКЦИЯ НА ВЕРИГАТА Е ПРЯКО ПРОПОРЦИОНАЛНА НА РАЗЛИКА НА ПОТЕНЦИАЛНИТЕ В КРАИЦИТЕ НА ТОЗИ СЕКЦИЯ И Е ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛНА НА СЪПРОТИВНОТО НА ТОЗИ СЕКЦИЯ.

Хомогенна секция от верига е участък, в който няма източници на ток. Това е законът на Ом за хомогенен участък от веригата - в основата на всички електрически изчисления.

Включително проводници с различни дължини, различни напречни сечения, изработени от различни материали, е установено: СЪПРОТИВЛЕНИЕТО НА ПРОВОДНИКА Е ПРЯКО ПРОПОРЦИОНАЛНО НА ДЪЛЖИНАТА НА ПРОВОДНИКА И ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛНО НА ПЛОЩАТА НА НЕГОВОТО НАПРЕЧНО СЕЧЕНИЕ. СЪПРОТИВЛЕНИЕТО НА КУБ С РЪБ 1 МЕТЪР, НАПРАВЕНО ОТ ВСЯКО ВЕЩЕСТВО, АКО ТОКЪТ ТЕЧЕ ПЕРПЕНДИКУЛНО КЪМ ПРОТИВОЛОЖНИТЕ МУ СТРАНИ, СЕ НАРИЧА СПЕЦИФИЧНО СЪПРОТИВЛЕНИЕ НА ТОВА ВЕЩЕСТВО . [r] \u003d Ohm m. Често се използва несистемна единица за съпротивление - съпротивление на проводник с площ на напречното сечение 1 mm 2 и дължина 1 m. [r] \u003d Ohm m. u003d Ohm mm 2 / m.

Специфичното съпротивление на веществото е таблична стойност. Съпротивлението на проводника е пропорционално на неговото съпротивление.

Действието на плъзгащите и стъпаловидни реостати се основава на зависимостта на съпротивлението на проводника от неговата дължина. Реостатът на плъзгача е керамичен цилиндър с навита около него никелинова тел. Свързването на реостата към веригата се извършва с помощта на плъзгач, който включва по-голяма или по-малка дължина на намотката във веригата. Проводникът е покрит със слой от мащаб, който изолира завоите един от друг.

А) ПОРЕДНО И ПАРАЛЕЛНО СВЪРЗВАНЕ НА ПОТРЕБИТЕЛИТЕ.

Често в електрическата верига са включени няколко консуматора на ток. Това се дължи на факта, че не е рационално всеки потребител да има собствен източник на ток. Има два начина за включване на консуматорите: последователно и паралелно, както и техните комбинации под формата на смесена връзка.

а) Серийно свързване на консуматорите.

Когато са свързани последователно, консуматорите образуват непрекъсната верига, в която консуматорите са свързани един след друг. При последователно свързване няма разклонения на свързващите проводници. Помислете за простота верига от два консуматора, свързани последователно. Електрически заряд, който е преминал през един от консуматорите, ще премине и през втория, т.к. в проводника, свързващ консуматорите, не може да има изчезване, възникване и натрупване на заряди. q=q 1 =q 2 . Разделяйки полученото уравнение на времето на преминаване на тока през веригата, получаваме връзка между тока, протичащ през цялата връзка, и токовете, протичащи през нейните участъци.

Очевидно е, че работата по преместването на единичен положителен заряд в цялата връзка се състои от работата по преместването на този заряд през всичките му секции. Тези. V \u003d V 1 + V 2 (2).

Общата потенциална разлика между серийно свързани консуматори е равна на сумата от потенциалните разлики между консуматорите.

Разделете двете части на уравнение (2) на тока във веригата, получаваме: U/I=V 1 /I+V 2 /I. Тези. съпротивлението на цялата последователно свързана секция е равно на сумата от съпротивленията на консуматорите на неговите компоненти.

Б) Паралелно свързване на консуматори.

Това е най-често срещаният начин да се даде възможност на потребителите. С тази връзка всички консуматори са свързани към две общи точки за всички консуматори.

При преминаване през паралелна връзка електрическият заряд, преминаващ през веригата, се разделя на няколко части, преминаващи през отделни консуматори. Според закона за запазване на заряда q=q 1 +q 2 . Разделяйки това уравнение на времето за преминаване на заряда, получаваме връзката между общия ток, протичащ през веригата, и токовете, протичащи през отделните консуматори.

В съответствие с определението за потенциална разлика V=V 1 =V 2 (2).

Съгласно закона на Ом за участък от веригата, ние заменяме силите на тока в уравнение (1) със съотношението на потенциалната разлика към съпротивлението. Получаваме: V / R \u003d V / R 1 + V / R 2. След намаляване: 1/R=1/R 1 +1/R 2 ,

тези. реципрочната стойност на съпротивлението на паралелна връзка е равна на сумата от реципрочните стойности на съпротивленията на отделните й клонове.

ПРАВИЛАТА НА КИРХХОФ.

За изчисляване на разклонени електрически вериги се използват правилата на Кирхоф.

Точката във веригата, където се пресичат три или повече проводника, се нарича възел. Според закона за запазване на заряда сумата от токовете, влизащи и напускащи възела, е равна на нула. I = O. (първото правило на Кирхоф). АЛГЕБРИЧНАТА СУМА ОТ ТОКОВЕТЕ ПРЕЗ ВЪЗЛА Е НУЛА.

Токът, влизащ във възела, се счита за положителен, оставяйки възела отрицателен. Посоките на токовете в участъците от веригата могат да се избират произволно.

Уравнение (2) предполага, че ПРИ ЗАХОДЯНЕ НА ЗАВОДАНА ВЕРИГА АЛГЕБРИЧНАТА СУМА ОТ СПАДАНЕТО НА НАПРЕЖЕНИЕТО Е РАВНА НА АЛГЕБРИЧНАТА СУМА ОТ ЕМП В ТАЗИ ВЕРИГА , - (Второ правило на Кирхоф).

Посоката на байпаса на контура се избира произволно. Напрежението в участък от веригата се счита за положително, ако посоката на тока в тази секция съвпада с посоката на заобикаляне на веригата. EMF се счита за положителен, ако по време на байпаса по веригата източникът преминава от отрицателния полюс към положителния.

Ако веригата съдържа m възли, тогава m - 1 уравнение може да се направи според първото правило. Всяко ново уравнение трябва да включва поне един нов елемент. Общият брой на уравненията, съставени според правилата на Кирхоф, трябва да съответства на броя на сегментите между възлите, т.е. с броя на токове.

ПОСТОЯННИ МАГНИТИ.

Усилването на магнитното поле на соленоида, когато в него се въведе желязна сърцевина, се дължи на факта, че желязото в магнитното поле е намагнетизирано и неговото магнитно поле, насложено върху магнитното поле на бобината, го укрепва. Желязото принадлежи към силно магнитните материали, които включват също никел, кобалт, гадолиний и техните съединения. Намагнитването на желязната сърцевина се запазва дори след отстраняването й от намотката. Тяло, което запазва магнитни свойства, се нарича постоянен магнит. Всеки постоянен магнит има два полюса - северен и южен. Това са местата на магнита, където магнитното поле е най-голямо. Подобно на полюсите на магнитите се отблъскват, противоположните полюси се привличат. Конфигурацията на полето на постоянните магнити е лесна за изследване с помощта на железни стърготини.

Естествено магнетизирани парчета желязо или желязна руда вече са били използвани в древен Китай за ориентация на Земята, която сама по себе си е огромен постоянен магнит. Южният магнитен полюс на Земята се намира в областта на северния географски полюс, но не съвпада с него, северният магнитен полюс е в областта на южния географски полюс. Положението на магнитните полюси не е постоянно. Освен това анализът на седиментните скали на Земята предполага, че магнитното поле на Земята многократно е променяло полярността. Магнитното поле на Земята играе огромна роля за целия живот на нея, т.к. предпазва ни от поток от бързи частици, летящи към Земята от космоса, най-вече от Слънцето. При промяна на този поток на Земята се наблюдават магнитни бури – краткотрайни промени в магнитното поле на Земята, причиняващи прекъсване на радиокомуникациите, отклонения в положението на магнитните стрелки.

МАГНИТНО ПОЛЕ НА ТОКА.

През 1820 г. Ерстед открива, че магнитна игла, разположена до проводник, по който протича електрически ток, се върти така, че оста му съвпада с допирателната към окръжността около този проводник.

През същата година Ампер открива взаимодействието на проводниците с тока и открива закона, на който се подчинява това взаимодействие. Действието на проводник с ток върху магнитна игла и взаимодействието на токопроводящи проводници може да се обясни с факта, че токопроводящият проводник създава магнитно поле в заобикалящата го среда, което се засича от магнитна игла или друг ток - носещ проводник.

Магнитно поле - специален вид материя, създадена от движещи се електрически заряди (ток) и открита от действието върху движещи се електрически заряди (ток). Магнитното поле се разпространява в пространството със скоростта на светлината. Той намалява с увеличаване на разстоянието от тока, който го създава. Магнитното поле има енергия.

За изследване на магнитни полета се използват малки магнитни игли, с помощта на които е намерен удобен начин за графично представяне на магнитни полета с помощта на магнитни линии. Магнитна линия е линия, по която осите на малки магнитни стрелки са разположени в магнитно поле. Видът на магнитните линии се установява лесно с помощта на малки железни стърготини, изсипвани върху картон и поставени в магнитно поле. В този случай дървените стърготини, намагнетизирани в полето, се подреждат във вериги по магнитните линии. Посоката на тези линии се приема като посока, която би посочила северния полюс на магнитната стрелка.

Магнитните линии на праволинеен проводник с ток са окръжности, центърът на които е проводникът с ток. Посоката на линиите се определя от правилото на гиллета: ако транслационното движение на джоба (десния винт) съвпада с посоката на тока в проводника, тогава посоката на въртеливо движение на дръжката на джилета съвпада с посоката на магнитни линии.

Магнитните линии на намотка с ток (соленоид) са затворени криви, покриващи завоите на бобината. Посоката на тези линии е лесно да се определи чрез следното правило: ако вземете бобината с дясната си ръка, така че огънатите пръсти да са насочени по протежение на тока в нея, тогава огънатият палец ще покаже посоката на магнитните линии по протежение на оста на бобината.

Намотка с ток е електромагнит, подобен на лентов постоянен магнит. Магнитното поле на бобината се увеличава с увеличаване на броя на нейните завои и силата на тока в нея. За усилване на магнитното поле в намотката се вкарва желязна сърцевина. Мястото, където магнитните линии напускат бобината, е северният полюс на електромагнита, където те влизат - южният полюс.

Електромагнитите се използват широко в инженерството както за преместване на тежки железни части, железен скрап, така и в много електрически и радиотехнически устройства.

Магнитно поле действа с определена сила върху проводник с ток, разположен в него. Тази сила се нарича сила на Ампер и зависи правопропорционално на дължината на проводника, силата на тока в него. Зависи и от големината на полето и от местоположението на проводника. Посоката на силата на Ампер се определя от правилото на лявата ръка: ако лявата ръка е поставена в магнитно поле, така че магнитните линии да влязат в дланта и четири изпънати пръста показват посоката на тока, тогава огънят палец ще покаже посоката на силата.

Действието на магнитно поле върху проводник с ток се използва в електродвигателите. DC моторът се състои от неподвижна част - статор и подвижна част - ротор. В жлебовете на статора се поставя намотка, която създава магнитно поле. Роторът е намотка с много завои, токът към който се подава с помощта на плъзгащи се контакти - четки. За да се увеличи магнитното поле, роторът и статорът са направени от листове от трансформаторна стомана, изолирани един от друг. Роторът се задвижва от силата на Ампер. За да се поддържа постоянно въртене, посоката на тока в намотката на ротора се променя периодично с помощта на колектор, който в най-простия случай представлява два полупръстена в контакт с четките. Когато роторът се движи, четката се движи от един полупръстен към друг, променяйки посоката на тока в бобината на ротора. Това й дава възможност да завърти още половин оборот, когато течението отново промени посоката.

Защото Ефективността на електродвигателите (до 98%) е много по-висока от тази на термичните двигатели, тогава електрическите двигатели се използват широко в транспорта, фабрики и фабрики и т.н. Електрическите двигатели са компактни, не замърсяват околната среда и лесно се управляват.

ОПТИЧНИ ИНСТРУМЕНТИ.

Камера.

Камерата се състои от две основни части: светлонепроницаема камера и обектив. В най-простия случай събирателната леща може да служи като обектив. За да бъде изображението с високо качество в цялото поле на снимката, лещите на съвременните фотоапарати са сложна система от лещи, която по принцип играе ролята на събирателна леща. Обективът на фотоапарата дава върху фотографски филм, покрит с фоточувствителен слой, реално, обратно и като правило намалено изображение на снимания обект. Камерата работи по формула с тънка леща. За да се получи ясно (рязко) изображение на обекта, обективът на камерата е направен подвижен. Чрез преместване на обектива се постига необходимата острота на изображението. Обектите, които се снимат, могат да бъдат едновременно на различни разстояния от камерата. Дълбочината на полето се постига чрез факта, че прозорецът на обектива може да бъде частично блокиран от блендата. Колкото по-малък е прозорецът на обектива, толкова по-ясни ще са на снимката обектите, които са на различни разстояния от камерата.

Когато снимате, обективът на фотоапарата се отваря автоматично за кратко време, наречено време на експозиция. За да стане изображението видимо, филмът се развива в специално решение и се фиксира. Полученото изображение се нарича негатив, т.к. има обратна светлинна трансмисия. Тези части от филма, където пада повече светлина, са по-тъмни и обратно. За да се получи фотокарта (положителна), полученото изображение се проектира върху фотохартия с помощта на фотоувеличител. След това хартията се развива и фиксира.

Съвременните камери могат да произвеждат цветни и дори триизмерни изображения. Някои устройства веднага правят готова снимка. Развитието на фотографията беше киното.

Фотографията се използва широко за научни цели, в технологиите, криминалистиката и т.н. Може да ни направи свидетели на исторически събития. Художествената фотография е широко разпространена.

прожекционен апарат.

Прожекционният апарат се използва за получаване на реално, увеличено, обратно изображение на телата на екрана. Ако се получи изображение в пропусната светлина (снимка и филм, изображение върху стъкло), тогава устройството се нарича диаскоп, в отразена светлина - епископ. Често се използва комбинация от тези устройства - епидиаскоп. Диаскопът се състои от източник на светлина, кондензатор и обектив. За да се увеличи осветеността на екрана, едно или повече огледала често се поставят зад източника на светлина. Кондензаторът (две плоско-изпъкнали лещи) насочва светлината, отклоняваща се от източника, към лещата. Най-простият обект е събирателна леща. Обектът, който ще бъде изобразен на екрана, се поставя между кондензатора и лещата. Яснотата на изображението се постига чрез преместване на обектива.

Увеличителите на снимки, филмоскопите, филмовите камери, шрайбпроекторите са прожекционни устройства.

Окото. очила.

Структурата на окото наподобява камера. Състои се от: склера – външната част на окото, която предпазва окото от механични повреди; роговица - предна прозрачна част на склерата; ирисът с отвор с променлив диаметър в него - зеницата; леща - двойноизпъкнала леща; стъкловидното тяло, изпълващо обема на окото; ретина - нервни окончания, които предават информация към мозъка. Пространството между роговицата и лещата е изпълнено с водна течност, която основно пречупва светлината. Окото работи по формула на тънка леща. Защото обектите могат да бъдат разположени на различни разстояния от окото, след което за да се получи ясно изображение, кривината на лещата може да се промени с помощта на очните мускули. Способността на окото да дава ясен образ на обекти на различни разстояния от него се нарича акомодация. Разстоянието, на което окото позволява да се виждат малки детайли от обекти без много усилия, се нарича разстоянието на най-добро зрение. За здраво око е 25 см. Близката граница на акомодация е около 12 см. Дълбочината на полето се определя от площта на зеницата. Ретината се състои от пръчици за черно-бели изображения и конуси за цветни изображения. Изображението върху ретината е истинско, намалено, обърнато. Триизмерното зрение дава две очи.

Ако изображението, създадено от окото, лежи пред ретината, тогава окото се нарича миопично. За да разгледа предмет, късоглед човек го приближава до очите и силно напряга очните мускули. Миопията се коригира чрез носене на очила с дивергентни лещи. Далекогледото око създава изображение зад ретината. Далекогледството се коригира чрез носене на очила със събирателни лещи. Трябва да се отбележи, че както късогледството, така и хиперметропията ще прогресират, ако не използвате очила, т.к. при работа очните мускули ще се пренапрягат.

ТЕМПЕРАТУРА И НЕЙНОТО ИЗМЕРВАНЕ.

Изследването на топлинните явления неизбежно трябваше да даде стойност, характеризираща степента на нагряване на телата - температура. Когато телата влязат в контакт, в резултат на взаимодействието на молекулите, тяхната средна кинетична енергия се изравнява. Температурата е мярка за средната кинетична енергия на молекулите. Показва посоката на топлинните процеси, т.к. енергията се прехвърля спонтанно от по-загрети тела към по-малко нагрети, т.е. от тела с по-висока температура към тела с по-ниска температура. Температурата се измерва с термометри. Измерването на температурата се основава на установяване на топлинно равновесие между телата, които са в контакт. На практика най-широко се използват течните термометри, които използват промяна в обема на течност (живак или алкохол) при нагряване. Разширявайки се, течността се издига през стъклена тръба, под която има мащаб. Референтните точки (т.е. точките, на които се основава температурната скала) в международната практическа температурна система, предложена от Целзий, са точката на топене на леда (O 0 C) и точката на кипене на водата (1OOS0oTC). Разстоянието между тези точки на скалата е разделено на 100 равни части. Защото Тъй като разширяването на течността е различно в различните температурни диапазони, течният термометър гарантира правилното измерване само на референтни температури. С по-голяма точност са газовите термометри, които използват зависимостта на обема на газа от температурата при постоянно налягане или зависимостта на налягането на газа от температурата при постоянен обем. В термометрите може да се използва и зависимостта на електрическото съпротивление на проводниците и полупроводниците от температурата.

ВЪТРЕШНА ЕНЕРГИЯ И НАЧИНИ ЗА НЕЙНОТО ИЗМЕНЕНИЕ.

Всяко тяло е изградено от огромен брой молекули. Молекулите на телата се движат постоянно, следователно имат кинетична енергия. Молекулите на твърди и течни тела взаимодействат помежду си, което означава, че те също имат потенциална енергия. СУМАТА ОТ КИНЕТИЧНА И ПОТЕНЦИАЛНА ЕНЕРГИЯ НА МОЛЕКУЛИТЕ, СЪСТАВЯЩИ ТЯЛОТО, СЕ НАРИЧА ВЪТРЕШНА ЕНЕРГИЯ. [U]=J. Вътрешната енергия включва и енергията на частиците, които изграждат атомите.

Вътрешната енергия на тялото може да се променя по време на различни топлинни процеси. Така че при нагряване, например, скоростта на движение на молекулите се увеличава, а оттам и тяхната кинетична енергия. Когато тялото се нагрява, обемът му се увеличава, разстоянията между молекулите се променят и следователно се променя и потенциалната енергия на тяхното взаимодействие. Промените във вътрешната енергия могат да се съдят по промените в телесната температура. С повишаване на температурата на тялото се увеличава неговата вътрешна енергия.

Вътрешната енергия може да бъде променена по два принципно различни начина.

1. Ако се работи върху тялото, то се нагрява, т.е. вътрешната му енергия се увеличава. Ако самото тяло работи върху външни тела, неговата вътрешна енергия намалява. A=DU.

2. Вътрешната енергия може да се промени и чрез пренос на топлина. ТОПЛОПРЕДАВАНЕТО ИЛИ ТОПЛОПРЕДАВАНЕТО Е ПРОЦЕС НА ПРОМЯНА НА ВЪТРЕШНОТО ЕНЕРГИЯ БЕЗ ДА СЕ РАБОТА. И така, чайник, стоящ на гореща печка, получава енергия чрез пренос на топлина.

Има три вида топлопренос: топлопроводимост – пренасяне на енергия чрез обмена й с молекули при тяхното взаимодействие; конвекция - пренос на енергия чрез потоци от нагрята течност или газ; радиация - пренос на енергия чрез електромагнитни вълни. Освен това последният вид топлопредаване не изисква директен контакт на телата или наличието на каквото и да е вещество между тях.

Мярката за предадената топлинна енергия по време на топлопренос е КОЛИЧЕСТВОТО ТОПЛИНА - ОНА ЧАСТ ОТ ВЪТРЕШНАТА ЕНЕРГИЯ, КОЯТО ТЯЛОТО ПОЛУЧАВА ИЛИ ОСВОБОЖДАВА ПРИ ТОПЛОПРЕДАВАНЕТО. [Q]=Дж. Q=DU.

ТЕРМИЧНИ ПРОЦЕСИ.

Урок по физика в 8. клас на тема: "Вътрешна енергия. Начини за промяна на вътрешната енергия"

Цели на урока:

Формиране на концепцията за "вътрешна енергия на тялото" въз основа на МКТ на структурата на материята.
Запознаване с начини за промяна на вътрешната енергия на тялото.
Формиране на концепцията за "пренос на топлина" и способност за прилагане на знанията на MKT за структурата на материята при обяснение на топлинни явления.
Развитие на интереса към физиката чрез демонстриране на интересни примери за проява на топлинни явления в природата и техниката.
Обосновка на необходимостта от изследване на топлинните явления за прилагане на тези знания в ежедневието.
Развитие на информационни и комуникационни компетенции на учениците.

Тип урок. Комбиниран урок.

Тип урок. Урок - презентация

Формуляр за урок.Интерактивен разговор, демонстрационен експеримент, разказване на истории, самообучение

Форми на ученическа работа.Колективна работа, индивидуална работа, работа в групи.

Оборудване: електронна презентация „Вътрешна енергия. Начини за промяна на вътрешната енергия”, компютър, проектор.

По време на занятията

Организиране на времето.Добър ден! Днес в урока ще се запознаем с друг вид енергия, ще разберем от какво зависи и как може да се промени.

Актуализация на знанията.

Повторение на основни понятия: енергия, кинетична и потенциална енергия, механична работа.

Изучаване на нов материал.

учител . В допълнение към горните понятия, трябва да се помни, че два видамеханична енергиямогат да се превръщат (преминават) един в друг, например, когато тялото падне. Помислете за свободно падаща топка. Очевидно при падане височината му над повърхността намалява, а скоростта му се увеличава, което означава, че потенциалната му енергия намалява, а кинетичната му енергия се увеличава. Трябва да се разбере, че тези два процеса не протичат поотделно, те са взаимосвързани и се казва, чепотенциалната енергия се превръща в кинетична.

За да разберем каква е вътрешната енергия на тялото, е необходимо да се отговори на следния въпрос: от какво се състоят всички тела?

Студенти . Телата са съставени от частици, които непрекъснато се движат произволно и взаимодействат помежду си.

учител . И ако те се движат и взаимодействат, тогава те имат кинетична и потенциална енергия, които съставляват вътрешната енергия.

Студенти. Оказва се, че всички тела имат еднаква вътрешна енергия, което означава, че температурата трябва да е еднаква. И това не е така.

учител. Разбира се, че не. Телата имат различна вътрешна енергия и ние ще се опитаме да разберем от какво зависи вътрешната енергия на тялото и от какво не зависи.

Определение.

Кинетична енергиядвижението на частиците ипотенциална енергиятехните взаимодействия савътрешна енергия на тялото.

Вътрешната енергия еи се измерва, както всички други видове енергия, в J (джаули).

Следователно имаме формула за вътрешната енергия на тялото:. Къде под се разбира като кинетичната енергия на частиците на тялото, а поде тяхната потенциална енергия.

Припомнете си предишния урок, в който говорихме за факта, че движението на частиците на тялото характеризира неговата температура, от друга страна, вътрешната енергия на тялото е свързана с естеството (активността) на движението на частиците. Следователно вътрешната енергия и температурата са взаимосвързани понятия. При повишаване на телесната температура вътрешната му енергия също се увеличава, а при понижаване намалява.

Открихме, че вътрешната енергия на тялото може да се променя. Помислете за начини за промяна на вътрешната енергия на тялото.

Вече сте запознати с концепцията за механичната работа на тялото, тя се свързва с движението на тялото, когато върху него се приложи определена сила. Ако се извършва механична работа, тогава енергията на тялото се променя и същото може да се каже конкретно за вътрешната енергия на тялото. Удобно е това да се изобрази на диаграма:

учител Методът за увеличаване на вътрешната енергия на тялото по време на триене е познат на хората от древни времена. Ето как хората запалиха огън. При работа в работилници, например струговане на детайли с пила, какво може да се наблюдава? (Загрети части). Когато на човек му е студено, той започва да трепери неволно. Защо мислиш? (Треперенето причинява мускулни контракции. Благодарение на работата на мускулите, вътрешната енергия на тялото се увеличава, става по-топло). Какъв извод може да се направи от казаното?

Студенти . Вътрешната енергия на тялото се променя при извършване на работа. Ако самото тяло върши работа, вътрешната му енергия намалява, а ако се работи върху него, тогава вътрешната му енергия се увеличава.

учител . В технологиите, индустрията, ежедневната практика се сблъскваме непрекъснато с промяна във вътрешната енергия на тялото при извършване на работа: нагряване на телата при коване, при удар; работа със сгъстен въздух или пара.

Нека си починем и в същото време да научим някои интересни факти от историята на термичните явления (двама студенти правят кратки презентации, подготвени предварително).

Съобщение 1. Как се случиха чудеса?

Древногръцкият механик Херон от Александрия, изобретателят на фонтана, който носи неговото име, ни остави описание на два гениални начина, по които египетските жреци измамиха хората, вдъхновявайки ги да вярват в чудеса.
На фигура 1 виждате кух метален олтар, а под него има механизъм, скрит в подземието, който привежда вратите на храма в движение. Олтарът стоеше отвън. Когато се запали огън, въздухът вътре в олтара, поради нагряването, притиска по-силно водата в съда, скрит под пода; водата се изтласква от съда през тръба и се излива в кофа, която, спускайки се, задейства механизъм, който завърта вратите (фиг. 2). Изумените зрители, без да знаят за инсталацията, скрита под пода, виждат „чудо” пред себе си: щом огънят пламне на олтара, вратите на храма, „чувайки молитвите на свещеника”, се разтварят сякаш от тях ...

Разкриване на „чудото” на египетските жреци: вратите на храма се отварят от действието на жертвения огън.

Съобщение 2. Как се случиха чудеса?

Друго въображаемо чудо, уредено от жреците, е изобразено на фиг. 3. Когато пламъкът пламне върху олтара, въздухът, разширявайки се, отвежда маслото от долния резервоар в тръбичките, скрити вътре в фигурите на жреците, и след това маслото като по чудо се излива в огъня... Но щом свещеникът, който отговаря за този олтар, изважда тихомълком резервоара за тапа - и изливането на масло спря (защото излишният въздух свободно излизаше през дупката); жреците прибягват до този трик, когато приносът на богомолците е твърде оскъден.

учител. Всички знаем сутрешния чай! Толкова е хубаво да си направите чай, да изсипете захар в чаша и да пиете по малко, с малка лъжица. Само едно нещо е лошо - лъжицата е твърде гореща! Какво стана с лъжицата? Защо температурата й се повиши? Защо вътрешната й енергия се увеличи? Работихме ли по него?

Студенти . Не, не го направиха.

учител . Нека да разберем защо е имало промяна във вътрешната енергия.

Първоначално температурата на водата е по-висока от температурата на лъжицата и следователно скоростта на водните молекули е по-голяма. Това означава, че водните молекули имат повече кинетична енергия от металните частици, от които е направена лъжицата. При сблъсък с метални частици водните молекули пренасят част от енергията си към тях и кинетичната енергия на металните частици се увеличава, а кинетичната енергия на водните молекули намалява. Този начин за промяна на вътрешната енергия на телата се наричапренос на топлина . В ежедневието си често се сблъскваме с това явление. Например във водата, когато лежите на земята или в снега, тялото се охлажда, което може да доведе до настинка или измръзване. При силна слана патиците охотно се изкачват във водата. Защо мислиш? (При силна слана температурата на водата е много по-висока от температурата на околната среда, така че птицата ще се охлажда по-малко във водата, отколкото във въздуха).Преносът на топлина се извършва по няколко начина, но ще говорим за това в следващия урок.

По този начин са възможни два начина за промяна на вътрешната енергия. Който?

Студенти . Извършена работа и пренос на топлина.

Затвърдяване на изучавания материал.Сега да видим колко добре научихте новия материал от днешния урок.. Аз ще задавам въпроси, а вие ще се опитате да им отговорите.

Въпрос 1 . В едната чаша се налива студена вода, в другата се налива същото количество вряща вода. Кое стъкло има повече вътрешна енергия? (Във втория, защото температурата му е по-висока).

Въпрос 2. Две медни пръчки имат еднаква температура, но масата на едната е 1 кг, а на другата е 0,5 кг. Коя от двете дадени ленти има повече вътрешна енергия? (Първо, защото масата му е по-голяма).

Въпрос 3. Чукът се нагрява, когато се удари, например, върху наковалня и когато лежи на слънце в горещ летен ден. Назовете начините за промяна на вътрешната енергия на чука и в двата случая. (В първия случай се извършва работа, а във втория - пренос на топлина).

Въпрос 4 . Водата се налива в метална чаша. Кое от следните действия променя вътрешната енергия на водата? (13)

Загряване на вода на гореща печка.
Извършване на работа върху вода, привеждане в транслационно движение заедно с чашата.
Правене на работа върху вода чрез смесване с миксер.

учител . И сега ви предлагам да работите сами. (Учениците са разделени на 6 групи, като по-нататъшната работа ще се извършва в групи). Пред вас има лист хартия с три задачи.

Упражнение 1. Каква е причината за промяната във вътрешната енергия на телата при следните явления:

загряване на вода с бойлер;
охлаждане на храна, поставена в хладилник;
запалване на кибрит при удар от него върху кутията;
силно нагряване и изгаряне на изкуствени спътници на земята, когато те навлизат в по-ниските плътни слоеве на атмосферата;
ако бързо огънете жицата на едно и също място, след това в една посока, след това в другата посока, тогава това място става много горещо;
готвейки храна;
ако бързо се плъзнете надолу по стълб или въже, можете да изгорите ръцете си;
загряване на водата в басейна в горещ летен ден;
при забиване на пирон шапката му се нагрява;
Кибрит се запалва, когато се постави в пламък на свещ.

За две групи - по време на триене; другите две групи - на удар и още две групи - на компресия.

Отражение.

Какви нови, интересни неща научихте на урока днес?
Как получихте материала, който научихте?
Какви бяха трудностите? Успяхте ли да ги преодолеете?
Ще ви бъдат ли полезни знанията, придобити в урока днес?

Обобщаване на урока.Днес се запознахме с основните понятия от раздел "Топлинни явления" вътрешна енергия и топлопренос и се запознахме с методите за промяна на вътрешната енергия на телата. Получените знания ще ви помогнат да обясните и предскажете хода на топлинните процеси, които ще срещнете в живота си.

Домашна работа. § 2, 3. Експериментални задачи:

Измерете температурата на водата, излята в буркан или бутилка с домашен термометър.
Затворете съда плътно и го разклатете енергично за 10-15 минути, след което отново измерете температурата.
За да предотвратите преноса на топлина от ръцете си, сложете ръкавици или увийте съда в кърпа.
Какъв метод за промяна на вътрешната енергия използвахте? Обяснете.
Вземете гумена лента, завързана с пръстен, поставете лентата на челото си и отбележете нейната температура. Като държите гумата с пръсти, енергично разтегнете няколко пъти и в разтегната форма я натиснете отново към челото. Направете заключение за температурата и причините, довели до промяната.

Визуализация:

За да използвате визуализацията на презентации, създайте си акаунт (акаунт) в Google и влезте:

Вътрешната енергия на тялото не е някаква константа. В едно и също тяло може да се промени.

Когато температурата се повиши, вътрешната енергия на тялото се увеличава, тъй като средната скорост на молекулите се увеличава.

Следователно кинетичната енергия на молекулите на това тяло се увеличава. Обратно, с понижаване на температурата вътрешната енергия на тялото намалява..

По този начин, вътрешната енергия на тялото се променя с промяна в скоростта на движение на молекулите.

Нека се опитаме да разберем как да увеличим или намалим скоростта на молекулите. За да направим това, ще направим следния експеримент. Фиксираме тънкостенната месингова тръба върху стойката (фиг. 3). Налейте малко етер в епруветката и затворете тапата. След това увиваме тръбата с въже и започваме бързо да я движим първо в едната посока, след това в другата. След известно време етерът ще заври, а парата ще изтласка тапата. Опитът показва, че вътрешната енергия на етера се е увеличила: в края на краищата той се е нагрял и дори кипял.

Ориз. 3. Увеличаване на вътрешната енергия на тялото при извършване на работа върху него

Увеличаването на вътрешната енергия се получава в резултат на извършената работа при триене на тръбата с въже.

Нагряване на телата се получава и при удари, разтягане и огъване, т.е. при деформация. Вътрешната енергия на тялото във всички горни примери се увеличава.

следователно, вътрешната енергия на тялото може да се увеличи чрез извършване на работа върху тялото.

Ако работата се извършва от самото тяло, тогава то вътрешна, енергията намалява.

Нека направим следния експеримент.

В дебелостенен стъклен съд, затворен с тапа, изпомпваме въздух през специален отвор в него (фиг. 4).

Ориз. 4. Намаляване на вътрешната енергия на тялото при извършване на работа от самото тяло

След известно време тапата ще изскочи от съда. В момента, когато тапата изскочи от съда, се образува мъгла. Появата му означава, че въздухът в съда е станал по-студен. Сгъстеният въздух в съда изтласква тапата и работи. Той върши тази работа за сметка на вътрешната си енергия, която в същото време намалява. Можете да прецените намаляването на вътрешната енергия чрез охлаждане на въздуха в съда. Така, вътрешната енергия на тялото може да се промени чрез извършване на работа.

Вътрешната енергия на тялото може да се промени по друг начин, без да се извършва работа. Например водата в чайник, поставен на котлона, кипи. Въздухът и различните предмети в помещението се нагряват от радиатор за централно отопление, покривите на къщите се нагряват от слънчевите лъчи и т. н. Във всички тези случаи температурата на телата се повишава, което означава, че тяхната вътрешна енергия се увеличава . Но работата не е свършена.

означава, промяна във вътрешната енергия може да настъпи не само в резултат на извършване на работа.

Как може да се обясни увеличаването на вътрешната енергия в тези случаи?

Помислете за следния пример.

Потопете метална игла в чаша гореща вода. Кинетичната енергия на молекулите на горещата вода е по-голяма от кинетичната енергия на студените метални частици. Молекулите на горещата вода, когато взаимодействат със студени метални частици, ще им прехвърлят част от кинетичната си енергия. В резултат на това енергията на водните молекули ще намалее средно, докато енергията на металните частици ще се увеличи. Температурата на водата ще намалее и температурата на металната спица постепенно ще се повиши. След известно време температурите им ще се изравнят. Този опит демонстрира промяната във вътрешната енергия на телата.

Така, вътрешната енергия на телата може да се промени чрез пренос на топлина.

Процесът на промяна на вътрешната енергия без извършване на работа върху тялото или самото тяло се нарича топлопренос.

Преносът на топлина винаги става в определена посока: от тела с по-висока температура към тела с по-ниска.

Когато температурите на телата се изравнят, преносът на топлина спира.

Вътрешната енергия на тялото може да се промени по два начина: чрез извършване на механична работа или чрез пренос на топлина.

Преносът на топлина от своя страна може да се извърши: 1) топлопроводимост; 2) конвекция; 3) радиация.

Въпроси

Използвайки фигура 3, опишете как се променя вътрешната енергия на тялото, когато се извършва работа върху него.
Опишете експеримент, показващ, че тялото може да върши работа благодарение на вътрешната енергия.
Дайте примери за промени във вътрешната енергия на тялото чрез пренос на топлина.
Обяснете въз основа на молекулярната структура на веществото нагряването на игла за плетене, потопена в гореща вода.
Какво е топлопренос?
Какви са два начина за промяна на вътрешната енергия на тялото?

Упражнение 2

Силата на триене действа върху тялото. Това променя ли вътрешната енергия на тялото? По какви признаци може да се прецени това?
Когато бързо се спускате по въжето, ръцете ви се нагорещяват. Обяснете защо това се случва.

Задачата

Поставете монетата върху лист шперплат или дървена дъска. Натиснете монетата към дъската и я преместете бързо в една или друга посока. Забележете колко пъти трябва да преместите монетата, за да я направите топла, гореща. Направете заключение за връзката между извършената работа и увеличаването на вътрешната енергия на тялото.