Jak zmienić wewnętrzną energię ciała. Energia wewnętrzna. Praca i wymiana ciepła jako sposoby zmiany energii wewnętrznej organizmu. Prawo zachowania energii w procesach cieplnych

Energię wewnętrzną można zmienić na dwa sposoby.

Jeśli nad ciałem wykonywana jest praca, wzrasta jego energia wewnętrzna.

Jeśli pracę wykonuje samo ciało, zmniejsza się jego energia wewnętrzna.

W sumie istnieją trzy proste (podstawowe) rodzaje wymiany ciepła:

Przewodność cieplna

· Konwekcja

Konwekcja to zjawisko wymiany ciepła w cieczach lub gazach lub ośrodkach ziarnistych przez przepływy materii. Istnieje tzw. konwekcja naturalna, która zachodzi samoistnie w substancji, gdy jest ona nierównomiernie nagrzewana w polu grawitacyjnym. Przy takiej konwekcji dolne warstwy materii nagrzewają się, stają się lżejsze i unoszą się na powierzchni, podczas gdy górne przeciwnie ochładzają się, stają się cięższe i opadają, po czym proces się powtarza.

Promieniowanie cieplne lub promieniowanie to przenoszenie energii z jednego ciała do drugiego w postaci fal elektromagnetycznych ze względu na ich energię cieplną.

Energia wewnętrzna gazu doskonałego

Opierając się na definicji gazu doskonałego, nie ma w nim potencjalnego składnika energii wewnętrznej (nie ma sił oddziaływania cząsteczek, z wyjątkiem szoku). Zatem energia wewnętrzna gazu doskonałego jest tylko energią kinetyczną ruchu jego cząsteczek. Wcześniej (równanie 2.10) wykazano, że energia kinetyczna ruchu translacyjnego cząsteczek gazu jest wprost proporcjonalna do jego temperatury bezwzględnej.

Używając wyrażenia na uniwersalną stałą gazową (4.6), można wyznaczyć wartość stałej α.

Zatem energia kinetyczna ruchu translacyjnego jednej cząsteczki gazu doskonałego będzie określona przez wyrażenie.

Zgodnie z teorią kinetyczną rozkład energii w stopniach swobody jest jednorodny. Ruch postępowy ma 3 stopnie swobody. Dlatego jeden stopień swobody ruchu cząsteczki gazu odpowiada za 1/3 jej energii kinetycznej.

Dla dwu-, trzy- i wieloatomowych cząsteczek gazu, oprócz stopni swobody ruchu translacyjnego, istnieją stopnie swobody ruchu obrotowego cząsteczki. Dla dwuatomowych cząsteczek gazu liczba stopni swobody ruchu obrotowego wynosi 2, dla cząsteczek trójatomowych i wieloatomowych - 3.

Ponieważ rozkład energii ruchu cząsteczki na wszystkie stopnie swobody jest równomierny, a liczba cząsteczek w jednym kilomolie gazu wynosi Nμ, energię wewnętrzną jednego kilomola gazu doskonałego można uzyskać mnożąc wyrażenie ( 4.11) o liczbę cząsteczek w jednym kilomol i o liczbę stopni swobody ruchu cząsteczki danego gazu.

gdzie Uμ jest energią wewnętrzną kilomola gazu w J/kmol, i jest liczbą stopni swobody ruchu cząsteczki gazu.

Dla 1-atomowego gazu i = 3, dla 2-atomowego gazu i = 5, dla 3-atomowego i wieloatomowego gazu i = 6.

Elektryczność. Warunki istnienia prądu elektrycznego. EMF. Prawo Ohma dla pełnego obwodu. Praca i aktualna moc. Prawo Joule'a-Lenza.

Wśród warunków koniecznych do istnienia prądu elektrycznego są: obecność wolnych ładunków elektrycznych w otoczeniu oraz wytworzenie pola elektrycznego w otoczeniu. Pole elektryczne w ośrodku jest niezbędne do wytworzenia ukierunkowanego ruchu swobodnych ładunków. Jak wiadomo, na ładunek q w polu elektrycznym o sile E działa siła F = qE, która wymusza ruch swobodnych ładunków w kierunku pola elektrycznego. Oznaką istnienia pola elektrycznego w przewodniku jest obecność niezerowej różnicy potencjałów pomiędzy dowolnymi dwoma punktami przewodnika.

Jednak siły elektryczne nie są w stanie utrzymać prądu elektrycznego przez długi czas. Ukierunkowany ruch ładunków elektrycznych po pewnym czasie prowadzi do wyrównania potencjałów na końcach przewodnika, a w konsekwencji do zaniku w nim pola elektrycznego. Aby utrzymać prąd w obwodzie elektrycznym, na ładunki oprócz sił kulombowskich działają siły o charakterze nieelektrycznym (siły zewnętrzne). Urządzenie, które wytwarza siły zewnętrzne, utrzymuje różnicę potencjałów w obwodzie i zamienia różne rodzaje energii na energię elektryczną, nazywane jest źródłem prądu.

Warunki istnienia prądu elektrycznego:

Obecność bezpłatnych przewoźników opłat

obecność potencjalnej różnicy. są to warunki występowania prądu. aby prąd istniał

obwód zamknięty

źródło sił zewnętrznych, które utrzymuje potencjalną różnicę.

Wszelkie siły działające na cząstki naładowane elektrycznie, z wyjątkiem sił elektrostatycznych (kulombowskich), nazywane są siłami zewnętrznymi.

Siła elektromotoryczna.

Siła elektromotoryczna (EMF) to skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca pracę sił zewnętrznych (niepotencjalnych) w źródłach prądu stałego lub przemiennego. W zamkniętym obwodzie przewodzącym siła elektromotoryczna jest równa pracy tych sił w przemieszczaniu pojedynczego ładunku dodatniego wzdłuż obwodu.

Jednostką pola elektromagnetycznego, podobnie jak napięcie, jest wolt. Możemy mówić o sile elektromotorycznej w dowolnej części obwodu. Siła elektromotoryczna ogniwa galwanicznego jest liczbowo równa działaniu sił zewnętrznych podczas przemieszczania pojedynczego ładunku dodatniego wewnątrz ogniwa z bieguna ujemnego na dodatni. Znak EMF jest określany w zależności od arbitralnie wybranego kierunku ominięcia tego odcinka obwodu, na którym jest włączone dane źródło prądu.

Prawo Ohma dla pełnego obwodu.

Rozważ najprostszy kompletny obwód, składający się ze źródła prądu i rezystora o rezystancji R. Źródło prądu mające pole elektromagnetyczne ε ma rezystancję r, nazywa się to rezystancją wewnętrzną źródła prądu. Aby uzyskać prawo Ohma dla pełnego obwodu, używamy prawa zachowania energii.

Niech ładunek q przejdzie przez przekrój przewodnika w czasie Δt. Wtedy, zgodnie ze wzorem, praca sił zewnętrznych podczas przesuwania ładunku q jest równa . Z definicji aktualnej siły mamy: q = IΔt. W konsekwencji, .

W wyniku działania sił zewnętrznych podczas przepływu prądu w obwodzie, ilość ciepła uwalniana jest na jego zewnętrznych i wewnętrznych odcinkach obwodu, zgodnie z prawem Joule-Lenza równy:

Zgodnie z prawem zachowania energii A st \u003d Q, dlatego W ten sposób siła elektromotoryczna źródła prądu jest równa sumie spadków napięcia w zewnętrznych i wewnętrznych odcinkach obwodu.

Lekcja fizyki w 8 klasie na temat: „Energia wewnętrzna. Sposoby zmiany energii wewnętrznej”

Cele Lekcji:

Powstanie pojęcia „wewnętrznej energii ciała” na podstawie MKT struktury materii.
Zapoznanie ze sposobami zmiany wewnętrznej energii ciała.
Kształtowanie się pojęcia „wymiana ciepła” i umiejętność zastosowania wiedzy z MKT o budowie materii w wyjaśnianiu zjawisk termicznych.
Rozwój zainteresowania fizyką poprzez pokazanie ciekawych przykładów manifestacji zjawisk termicznych w przyrodzie i technice.
Uzasadnienie potrzeby badania zjawisk termicznych w celu zastosowania tej wiedzy w życiu codziennym.
Rozwój kompetencji informacyjnych i komunikacyjnych studentów.

Rodzaj lekcji. Połączona lekcja.

Rodzaj lekcji. Lekcja - prezentacja

Forma lekcji.Interaktywna rozmowa, eksperyment demonstracyjny, opowiadanie historii, samokształcenie

Formy pracy studenckiej.Praca zbiorowa, praca indywidualna, praca w grupach.

Sprzęt: prezentacja elektroniczna „Energia wewnętrzna. Sposoby zmiany energii wewnętrznej”, komputer, projektor.

Podczas zajęć

Organizowanie czasu.Dzień dobry! Dziś na lekcji zapoznamy się z innym rodzajem energii, dowiemy się od czego zależy i jak można ją zmienić.

Aktualizacja wiedzy.

Powtórzenie podstawowych pojęć: energia, energia kinetyczna i potencjalna, praca mechaniczna.

Nauka nowego materiału.

Nauczyciel . Oprócz powyższych pojęć należy pamiętać, że dwa rodzajeenergia mechanicznamogą zamieniać się (przechodzić) w siebie, na przykład, gdy ciało upada. Rozważ swobodnie spadającą piłkę. Oczywiście, gdy spada, jego wysokość nad powierzchnią maleje, a jego prędkość rośnie, co oznacza, że zmniejsza się jego energia potencjalna, a rośnie jego energia kinetyczna. Należy rozumieć, że te dwa procesy nie zachodzą oddzielnie, są ze sobą powiązane i mówi się, żeenergia potencjalna jest zamieniana na kinetyczną.

Aby zrozumieć, czym jest energia wewnętrzna ciała, należy odpowiedzieć na pytanie: z czego składają się wszystkie ciała?

Studenci . Ciała składają się z cząstek, które nieustannie poruszają się losowo i oddziałują ze sobą.

Nauczyciel . A jeśli poruszają się i oddziałują, to mają energię kinetyczną i potencjalną, które stanowią energię wewnętrzną.

Studenci. Okazuje się, że wszystkie ciała mają tę samą energię wewnętrzną, co oznacza, że temperatura musi być taka sama. A tak nie jest.

Nauczyciel. Oczywiście nie. Ciała mają różną energię wewnętrzną i postaramy się dowiedzieć, od czego zależy energia wewnętrzna ciała, a od czego nie.

Definicja.

Energia kinetycznaruch cząstek ienergia potencjalnaich interakcje sąenergia wewnętrzna ciała.

Energia wewnętrzna toi jest mierzona, jak wszystkie inne rodzaje energii, w J (dżulach).

Dlatego mamy formułę na wewnętrzną energię ciała:. Gdzie pod jest rozumiany jako energia kinetyczna cząstek ciała, a podjest ich energia potencjalna.

Przypomnijmy poprzednią lekcję, w której mówiliśmy o tym, że ruch cząstek ciała charakteryzuje jego temperaturę, z drugiej strony energia wewnętrzna ciała jest związana z naturą (aktywnością) ruchu cząstek. Dlatego energia wewnętrzna i temperatura są wzajemnie powiązanymi pojęciami. Gdy temperatura ciała wzrasta, wzrasta również jego energia wewnętrzna, a gdy spada, spada.

Odkryliśmy, że wewnętrzna energia ciała może się zmieniać. Zastanów się, jak zmienić wewnętrzną energię ciała.

Znasz już pojęcie mechanicznej pracy ciała, która wiąże się z ruchem ciała, gdy przyłożona jest do niego pewna siła. Jeśli wykonywana jest praca mechaniczna, zmienia się energia ciała i to samo można powiedzieć konkretnie o wewnętrznej energii ciała. Wygodnie jest to zobrazować na diagramie:

Nauczyciel Metoda zwiększania energii wewnętrznej organizmu podczas tarcia znana jest ludziom od czasów starożytnych. W ten sposób ludzie rozpalali ogień. Praca w warsztatach np. toczenie części pilnikiem, co można zaobserwować? (Podgrzane części). Kiedy człowiek jest zimny, zaczyna mimowolnie drżeć. Dlaczego myślisz? (Drżenie powoduje skurcze mięśni. Dzięki pracy mięśni wzrasta wewnętrzna energia organizmu, robi się cieplej). Jaki wniosek można wyciągnąć z tego, co zostało powiedziane?

Studenci . Wewnętrzna energia ciała zmienia się, gdy praca jest wykonywana. Jeśli samo ciało działa, jego energia wewnętrzna spada, a jeśli nad nim pracuje się, wzrasta jego energia wewnętrzna.

Nauczyciel . W technice, przemyśle, codziennej praktyce ciągle mamy do czynienia ze zmianą wewnętrznej energii ciała podczas wykonywania pracy: nagrzewanie się ciał podczas kucia, przy uderzeniu; praca ze sprężonym powietrzem lub parą.

Zróbmy sobie przerwę i jednocześnie poznajmy kilka ciekawostek z historii zjawisk termicznych (dwóch studentów wygłasza przygotowane wcześniej krótkie prezentacje).

Wiadomość 1 . Jak zdarzały się cuda?

Starożytny grecki mechanik Heron z Aleksandrii, wynalazca fontanny noszącej jego imię, zostawił nam opis dwóch pomysłowych sposobów, w jakie egipscy kapłani oszukiwali lud, inspirując go do wiary w cuda.
Na rycinie 1 widać wydrążony metalowy ołtarz, a pod nim ukryty w lochu mechanizm, który wprawia w ruch drzwi świątyni. Ołtarz stał na zewnątrz. Gdy ogień się rozpala, powietrze wewnątrz ołtarza, wskutek ogrzewania, silniej naciska na wodę w naczyniu ukrytym pod posadzką; woda jest wypychana z naczynia przez rurkę i wlewana do wiadra, które opuszczając się, uruchamia mechanizm obracający drzwiami (ryc. 2). Zdumieni widzowie, nieświadomi instalacji ukrytej pod podłogą, widzą przed sobą „cud”: gdy tylko ogień płonie na ołtarzu, drzwi świątyni, „słysząc modlitwy kapłana”, rozpływają się jakby przez nich samych...

Odsłonięcie „cudu” egipskich kapłanów: drzwi świątyni otwierają działanie ognia ofiarnego.

Wiadomość 2. Jak zdarzały się cuda?

Kolejny wyimaginowany cud zaaranżowany przez kapłanów jest przedstawiony na ryc. 3. Kiedy płomień płonie na ołtarzu, powietrze rozszerzając się, wciąga olej z dolnego zbiornika do rurek ukrytych w postaciach kapłanów, a następnie olej cudownie wlewa się do ognia… Ale jak tylko kapłan odpowiedzialny za ten ołtarz po cichu usuwa korkowy zbiornik - i ustało wylewanie oleju (ponieważ nadmiar powietrza swobodnie uciekł przez otwór); kapłani uciekali się do tej sztuczki, gdy ofiary wiernych były zbyt skąpe.

Nauczyciel. Wszyscy znamy poranną herbatę! Fajnie jest zrobić herbatę, wsypać cukier do filiżanki i trochę wypić małą łyżeczką. Tylko jedna rzecz jest zła - łyżka jest za gorąca! Co się stało z łyżką? Dlaczego jej temperatura wzrosła? Dlaczego jej wewnętrzna energia wzrosła? Pracowaliśmy nad tym?

Studenci . Nie, nie.

Nauczyciel . Dowiedzmy się, dlaczego nastąpiła zmiana energii wewnętrznej.

Początkowo temperatura wody jest wyższa niż temperatura łyżki, dlatego prędkość cząsteczek wody jest większa. Oznacza to, że cząsteczki wody mają większą energię kinetyczną niż cząsteczki metalu, z których wykonana jest łyżka. Podczas zderzenia z cząsteczkami metalu cząsteczki wody przekazują im część swojej energii, a energia kinetyczna cząsteczek metalu wzrasta, a energia kinetyczna cząsteczek wody maleje. Ten sposób zmiany wewnętrznej energii ciał nazywa się wymiana ciepła . W naszym codziennym życiu często spotykamy się z tym zjawiskiem. Na przykład w wodzie, leżąc na ziemi lub na śniegu, ciało wychładza się, co może prowadzić do przeziębień lub odmrożeń. Przy silnych mrozach kaczki chętnie wspinają się do wody. Dlaczego myślisz? (W czasie silnych mrozów temperatura wody jest znacznie wyższa niż temperatura otoczenia, więc ptak ostygnie mniej w wodzie niż w powietrzu).Przenikanie ciepła odbywa się na kilka sposobów, ale o tym porozmawiamy w następnej lekcji.

W ten sposób możliwe są dwa sposoby zmiany energii wewnętrznej. Który?

Studenci . Wykonana praca i wymiana ciepła.

Konsolidacja badanego materiału.Zobaczmy teraz, jak dobrze nauczyłeś się nowego materiału z dzisiejszej lekcji.. Zadam pytania, a Ty spróbujesz na nie odpowiedzieć.

Pytanie 1 . Do jednej szklanki wlewa się zimną wodę, do drugiej taką samą ilość wrzącej wody. Które szkło ma więcej energii wewnętrznej? (W drugim, bo jego temperatura jest wyższa).

Pytanie 2. Dwie miedziane sztabki mają tę samą temperaturę, ale masa jednej to 1 kg, a drugiej 0,5 kg. Który z dwóch podanych słupków ma większą energię wewnętrzną? (Po pierwsze dlatego, że jego masa jest większa).

Pytanie 3. Młotek nagrzewa się, gdy uderzy się go np. w kowadło, a także gdy leży na słońcu w upalny letni dzień. Wymień sposoby zmiany energii wewnętrznej młota w obu przypadkach. (W pierwszym przypadku praca jest zakończona, aw drugim wymiana ciepła).

Pytanie 4 . Woda wlewa się do metalowego kubka. Które z poniższych działań zmienia energię wewnętrzną wody? (13)

Ogrzewanie wody na gorącym piecu.
Wykonywanie pracy na wodzie, wprawianie jej w ruch postępowy wraz z kubkiem.
Wykonywanie pracy na wodzie poprzez mieszanie jej mikserem.

Nauczyciel . A teraz proponuję pracować na własną rękę. (Uczniowie podzieleni są na 6 grup, dalsze prace będą prowadzone w grupach). Przed tobą kartka z trzema zadaniami.

Ćwiczenie 1. Jaka jest przyczyna zmiany energii wewnętrznej ciał w następujących zjawiskach:

woda grzewcza bojlerem;
chłodzenie żywności umieszczonej w lodówce;
zapłon zapałki po uderzeniu w pudełko;
silne ogrzewanie i spalanie sztucznych satelitów ziemi, gdy wchodzą do niższych gęstych warstw atmosfery;
jeśli szybko zginasz drut w tym samym miejscu, to w jednym kierunku, a potem w drugim, wtedy to miejsce staje się bardzo gorące;
gotowanie żywności;
jeśli szybko zsuniesz się po drążku lub linie, możesz poparzyć ręce;
podgrzewanie wody w basenie w upalny letni dzień;
podczas wbijania gwoździa jego kapelusz się nagrzewa;
Zapałka zapala się po umieszczeniu w płomieniu świecy.

Dla dwóch grup - podczas tarcia; pozostałe dwie grupy - na uderzenie i dwie kolejne grupy - na kompresję.

Odbicie.

Jakich nowych, interesujących rzeczy nauczyłeś się na dzisiejszej lekcji?
Jak zdobyłeś materiał, którego się nauczyłeś?
Jakie były trudności? Czy udało Ci się je pokonać?
Czy wiedza zdobyta na dzisiejszej lekcji będzie dla Ciebie przydatna?

Podsumowując lekcję.W dniu dzisiejszym zapoznaliśmy się z podstawowymi pojęciami działu „Zjawiska cieplne” energia wewnętrzna i wymiana ciepła oraz zapoznaliśmy się ze sposobami zmiany energii wewnętrznej ciał. Zdobyta wiedza pomoże Ci wyjaśnić i przewidzieć przebieg procesów termicznych, które spotkasz w swoim życiu.

Praca domowa. § 2, 3. Zadania eksperymentalne:

Zmierz temperaturę wody nalanej do słoika lub butelki za pomocą domowego termometru.
Szczelnie zamknąć naczynie i energicznie nim potrząsać przez 10–15 minut, po czym ponownie zmierzyć temperaturę.
Aby zapobiec przenoszeniu ciepła z rąk, załóż rękawiczki lub owiń naczynie ręcznikiem.
Jakiej metody zmiany energii wewnętrznej użyłeś? Wyjaśnić.
Weź gumkę przewiązaną kółkiem, przyłóż taśmę do czoła i zanotuj jej temperaturę. Trzymając gumę palcami, kilkakrotnie energicznie rozciągnij i w rozciągniętej formie ponownie dociśnij ją do czoła. Wyciągnij wnioski na temat temperatury i przyczyn, które spowodowały zmianę.

Zapowiedź:

Aby skorzystać z podglądu prezentacji, utwórz konto (konto) Google i zaloguj się:

Według MKT wszystkie substancje składają się z cząstek, które są w ciągłym ruchu termicznym i oddziałują ze sobą. Dlatego nawet jeśli ciało jest nieruchome i ma zerową energię potencjalną, to posiada energię (energię wewnętrzną), która jest całkowitą energią ruchu i oddziaływania mikrocząstek tworzących ciało. Skład energii wewnętrznej obejmuje:

energia kinetyczna ruchu translacyjnego, obrotowego i oscylacyjnego cząsteczek;
energia potencjalna oddziaływania atomów i cząsteczek;
energia wewnątrzatomowa i wewnątrzjądrowa.

W termodynamice rozważa się procesy w temperaturach, w których ruch oscylacyjny atomów w cząsteczkach nie jest wzbudzony, tj. w temperaturach nieprzekraczających 1000 K. W tych procesach zmieniają się tylko dwa pierwsze składniki energii wewnętrznej. Dlatego

pod energia wewnętrzna w termodynamice rozumieją sumę energii kinetycznej wszystkich cząsteczek i atomów ciała oraz energię potencjalną ich interakcji.

Energia wewnętrzna ciała determinuje jego stan cieplny i zmienia się podczas przechodzenia z jednego stanu do drugiego. W danym stanie ciało ma dobrze określoną energię wewnętrzną, niezależną od procesu, w którym weszło w dany stan. Dlatego energia wewnętrzna jest bardzo często nazywana funkcja stanu ciała.

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T,\)

gdzie i- stopień wolności. Dla gazu jednoatomowego (na przykład gazów obojętnych) i= 3, dla dwuatomowej - i = 5.

Z tych wzorów widać, że energia wewnętrzna gazu doskonałego zależy tylko od temperatury i liczby cząsteczek i nie zależy od objętości ani ciśnienia. Dlatego zmiana energii wewnętrznej gazu doskonałego jest determinowana jedynie zmianą jego temperatury i nie zależy od charakteru procesu, w którym gaz przechodzi z jednego stanu do drugiego:

\(~\Delta U = U_2 - U_1 = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac(m)(M) \cdot R \cdot \Delta T ,\)

gdzie T = T 2 - T 1 .

Cząsteczki gazów rzeczywistych oddziałują ze sobą i dlatego mają energię potencjalną W p , który zależy od odległości między cząsteczkami, a w konsekwencji od objętości zajmowanej przez gaz. Tak więc energia wewnętrzna gazu rzeczywistego zależy od jego temperatury, objętości i struktury molekularnej.

*Pochodzenie wzoru

Średnia energia kinetyczna cząsteczki \(~\left\langle W_k \right\rangle = \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T\).

Liczba cząsteczek w gazie \(~N = \dfrac (m)(M) \cdot N_A\).

Dlatego energia wewnętrzna gazu doskonałego

\(~U = N \cdot \left\langle W_k \right\rangle = \dfrac (m)(M) \cdot N_A \cdot \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T .\)

Jeśli się uwzględni k⋅N A= r jest uniwersalną stałą gazową, którą mamy

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T\) to energia wewnętrzna gazu doskonałego.

Zmiana energii wewnętrznej

W rozwiązaniu praktycznych problemów to nie sama energia wewnętrzna odgrywa znaczącą rolę, ale jej zmiana Δ U = U 2 - U jeden . Zmiana energii wewnętrznej jest obliczana na podstawie zasad zachowania energii.

Energia wewnętrzna ciała może się zmieniać na dwa sposoby:

Podczas robienia Praca mechaniczna. a) Jeżeli siła zewnętrzna powoduje deformację ciała, to zmieniają się odległości między cząstkami, z których się ono składa, a tym samym zmienia się energia potencjalna oddziaływania cząstek. Przy odkształceniach niesprężystych dodatkowo zmienia się temperatura ciała, tj. zmienia się energia kinetyczna ruchu termicznego cząstek. Ale kiedy ciało jest zdeformowane, praca jest wykonywana, co jest miarą zmiany wewnętrznej energii ciała. b) Energia wewnętrzna ciała zmienia się również podczas jego niesprężystego zderzenia z innym ciałem. Jak widzieliśmy wcześniej, podczas niesprężystego zderzenia ciał, ich energia kinetyczna maleje, zamienia się w energię wewnętrzną (np. jeśli uderzysz młotkiem w drut leżący na kowadle, drut się nagrzeje). Miarą zmiany energii kinetycznej ciała jest, zgodnie z twierdzeniem o energii kinetycznej, praca działających sił. Praca ta może również służyć jako miara zmian energii wewnętrznej. c) Zmiana energii wewnętrznej ciała następuje pod działaniem siły tarcia, ponieważ, jak wiadomo z doświadczenia, tarciu zawsze towarzyszy zmiana temperatury ciał trących. Praca siły tarcia może służyć jako miara zmiany energii wewnętrznej.
Z pomocą wymiana ciepła. Na przykład, jeśli ciało zostanie umieszczone w płomieniu palnika, zmieni się jego temperatura, a zatem zmieni się również jego energia wewnętrzna. Jednak nie wykonano tu żadnej pracy, ponieważ nie było widocznego ruchu ani samego ciała, ani jego części.

Nazywa się zmianę energii wewnętrznej układu bez wykonywania pracy wymiana ciepła(przenoszenie ciepła).

Istnieją trzy rodzaje wymiany ciepła: przewodzenie, konwekcja i promieniowanie.

ale) przewodność cieplna to proces wymiany ciepła między ciałami (lub częściami ciała) podczas ich bezpośredniego kontaktu, spowodowany termicznym chaotycznym ruchem cząstek ciała. Amplituda drgań cząsteczek ciała stałego jest tym większa, im wyższa jest jego temperatura. Przewodność cieplna gazów wynika z wymiany energii między cząsteczkami gazu podczas ich zderzeń. W przypadku płynów działają oba mechanizmy. Przewodność cieplna substancji jest maksymalna w stanie stałym i minimalna w stanie gazowym.

b) Konwekcja to przenoszenie ciepła przez podgrzane przepływy cieczy lub gazu z jednej części zajmowanej przez nie objętości do drugiej.

c) Przenikanie ciepła przy promieniowanie przeprowadzane na odległość za pomocą fal elektromagnetycznych.

Rozważmy bardziej szczegółowo, jak zmienić energię wewnętrzną.

Praca mechaniczna

Rozważając procesy termodynamiczne, nie bierze się pod uwagę mechanicznego ruchu makrociał jako całości. Pojęcie pracy tutaj wiąże się ze zmianą objętości ciała, tj. ruchome części makrociała względem siebie. Proces ten prowadzi do zmiany odległości między cząsteczkami, a także często do zmiany prędkości ich ruchu, a co za tym idzie do zmiany energii wewnętrznej ciała.

proces izobaryczny

Rozważmy najpierw proces izobaryczny. Niech w butli z ruchomym tłokiem będzie gaz o temperaturze T 1 (rys. 1).

Powoli podgrzejemy gaz do temperatury T 2. Gaz rozszerzy się izobarycznie, a tłok przesunie się z pozycji 1 na pozycję 2 odległość Δ ja. W takim przypadku siła nacisku gazu zadziała na ciała zewnętrzne. Dlatego P= const, to siła nacisku F = p⋅S również stały. Dlatego pracę tej siły można obliczyć ze wzoru

\(~A = F \cdot \Delta l = p \cdot S \cdot \Delta l = p \cdot \Delta V,\)

gdzie V- zmiana objętości gazu.

Jeżeli objętość gazu nie zmienia się (proces izochoryczny), to praca wykonana przez gaz wynosi zero.

Gaz działa tylko w procesie zmiany swojej objętości.

Podczas rozwijania (Δ V> 0) na gazie wykonywana jest pozytywna praca ( ALE> 0); pod kompresją (Δ V < 0) газа совершается отрицательная работа (ALE < 0).

Jeśli weźmiemy pod uwagę działanie sił zewnętrznych A " (ALE " = –ALE), a następnie z rozszerzeniem (Δ V> 0) gaz ALE " < 0); при сжатии (ΔV < 0) ALE " > 0.

Napiszmy równanie Clapeyrona-Mendeleeva dla dwóch stanów gazu:

\(~p \cdot V_1 = \nu \cdot R \cdot T_1, \; \; p \cdot V_2 = \nu \cdot R \cdot T_2,\)

\(~p \cdot (V_2 - V_1) = \nu \cdot R \cdot (T_2 - T_1) .\)

Dlatego w proces izobaryczny

\(~A = \nu \cdot R \cdot \Delta T .\)

Jeśli ν = 1 mol, to przy Δ Τ = 1 K otrzymujemy to r jest liczbowo równa A.

Stąd wynika fizyczne znaczenie uniwersalnej stałej gazowej: jest liczbowo równa pracy wykonanej przez 1 mol gazu doskonałego, gdy jest on ogrzany izobarycznie o 1 K.

Nie proces izobaryczny

Na wykresie P (V) w procesie izobarycznym praca jest równa powierzchni prostokąta zacienionego na rysunku 2, a.

Jeśli proces nie izobaryczny(rys. 2, b), następnie krzywa funkcji P = F(V) można przedstawić jako linię przerywaną składającą się z dużej liczby izochorów i izobar. Praca na przekrojach izochorycznych jest równa zeru, a sumaryczna praca na wszystkich przekrojach izobarycznych będzie równa

\(~A = \lim_(\Delta V \to 0) \sum^n_(i=1) p_i \cdot \Delta V_i\) lub \(~A = \int p(V) \cdot dV,\ )

tych. będzie równy obszar cieniowanej sylwetki.

Na proces izotermiczny (T= const) praca jest równa powierzchni zacienionej figury pokazanej na rysunku 2, c.

Wyznaczenie pracy za pomocą ostatniego wzoru jest możliwe tylko wtedy, gdy wiadomo, jak zmienia się ciśnienie gazu wraz ze zmianą jego objętości, tj. forma funkcji jest znana P = F(V).

Jest więc jasne, że nawet przy tej samej zmianie objętości gazu praca będzie zależeć od sposobu przejścia (tj. od procesu: izotermicznego, izobarycznego…) ze stanu początkowego gazu do stanu końcowego. W związku z tym można stwierdzić, że

Praca w termodynamice jest funkcją procesu, a nie funkcją stanu.

Ilość ciepła

Jak wiadomo, podczas różnych procesów mechanicznych następuje zmiana energii mechanicznej W. Miarą zmiany energii mechanicznej jest praca sił przyłożonych do układu:

\(~\DeltaW = A.\)

Podczas wymiany ciepła następuje zmiana energii wewnętrznej ciała. Miarą zmiany energii wewnętrznej podczas wymiany ciepła jest ilość ciepła.

Ilość ciepła jest miarą zmiany energii wewnętrznej podczas wymiany ciepła.

Tak więc zarówno praca, jak i ilość ciepła charakteryzują zmianę energii, ale nie są identyczne z energią wewnętrzną. Nie charakteryzują one stanu samego układu (podobnie jak energia wewnętrzna), ale określają proces przejścia energii z jednej postaci w drugą (z jednego ciała do drugiego), gdy stan się zmienia i zależy zasadniczo od charakteru tego procesu.

Główna różnica między pracą a ciepłem polega na tym

praca charakteryzuje proces zmiany energii wewnętrznej układu, któremu towarzyszy transformacja energii z jednego typu na inny (z mechanicznej na wewnętrzną);
ilość ciepła charakteryzuje proces przenoszenia energii wewnętrznej z jednego ciała do drugiego (od bardziej nagrzanego do mniej nagrzanego), któremu nie towarzyszą przemiany energetyczne.

Ogrzewanie (chłodzenie)

Doświadczenie pokazuje, że ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała o masie m temperatura T 1 do temperatury T 2 oblicza się według wzoru

\(~Q = c \cdot m \cdot (T_2 - T_1) = c \cdot m \cdot \Delta T,\)

gdzie C- ciepło właściwe substancji (wartość tabelaryczna);

\(~c = \dfrac(Q)(m \cdot \Delta T).\)

Jednostką ciepła właściwego w układzie SI jest dżul na kilogram-kelwin (J/(kg·K)).

Ciepło właściwe C jest liczbowo równa ilości ciepła, które musi zostać przekazane ciału o masie 1 kg, aby ogrzać je o 1 K.

Oprócz właściwej pojemności cieplnej brana jest również pod uwagę taka ilość, jak pojemność cieplna ciała.

Pojemność cieplna ciało C liczbowo równa ilości ciepła potrzebnej do zmiany temperatury ciała o 1 K:

\(~C = \dfrac(Q)(\Delta T) = c \cdot m.\)

Jednostką pojemności cieplnej ciała w układzie SI jest dżul na kelwin (J/K).

Odparowanie (kondensacja)

Aby zamienić ciecz w parę o stałej temperaturze, wymagana ilość ciepła wynosi

\(~Q = L\cdot m,\)

gdzie L- ciepło właściwe parowania (wartość z tabeli). Kiedy para się skrapla, uwalniana jest ta sama ilość ciepła.

Jednostką SI dla ciepła właściwego parowania jest dżul na kilogram (J/kg).

Topienie (krystalizacja)

W celu stopienia ciała krystalicznego z masą m w temperaturze topnienia ciało musi zgłaszać ilość ciepła

\(~Q = \lambda \cdot m,\)

gdzie λ - ciepło właściwe topnienia (wartość z tabeli). Podczas krystalizacji ciała uwalniana jest taka sama ilość ciepła.

Jednostką SI dla ciepła właściwego topnienia jest dżul na kilogram (J/kg).

Spalanie paliwa

Ilość ciepła uwalniana podczas całkowitego spalania masy paliwa m,

\(~Q = q \cdot m,\)

gdzie Q- ciepło właściwe spalania (wartość z tabeli).

Jednostką SI dla ciepła właściwego spalania jest dżul na kilogram (J/kg).

Literatura

Aksenovich L. A. Fizyka w liceum: Teoria. Zadania. Testy: proc. dodatek dla instytucji świadczących usługi ogólne. środowiska, edukacja / L.A. Aksenovich, N.N. Rakina, K.S. Farino; Wyd. K.S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 129-133, 152-161.

Tematy kodyfikatora USE Słowa kluczowe: energia wewnętrzna, wymiana ciepła, rodzaje wymiany ciepła.

Cząsteczki dowolnego ciała - atomy lub molekuły - wykonują chaotyczny nieustanny ruch (tzw ruch termiczny). Dlatego każda cząsteczka ma pewną energię kinetyczną.

Ponadto cząstki materii oddziałują na siebie siłami elektrycznego przyciągania i odpychania, a także siłami jądrowymi. Dlatego cały układ cząstek danego ciała ma również energię potencjalną.

Energia kinetyczna ruchu termicznego cząstek i energia potencjalna ich wzajemnego oddziaływania tworzą nowy rodzaj energii, który nie jest zredukowany do energii mechanicznej ciała (tj. energia kinetyczna ruchu ciała jako całości i energia potencjalna jego interakcji z innymi ciałami). Ten rodzaj energii nazywa się energią wewnętrzną.

Energia wewnętrzna ciała to całkowita energia kinetyczna ruchu termicznego jego cząstek plus energia potencjalna ich wzajemnego oddziaływania.

Energia wewnętrzna układu termodynamicznego jest sumą energii wewnętrznych ciał wchodzących w skład układu.

W ten sposób energia wewnętrzna ciała jest tworzona przez następujące terminy.

1. Energia kinetyczna ciągłego chaotycznego ruchu cząstek ciała.
2. Energia potencjalna cząsteczek (atomów) wynikająca z sił oddziaływania międzycząsteczkowego.
3. Energia elektronów w atomach.
4. Energia wewnątrzjądrowa.

W przypadku najprostszego modelu materii - gazu doskonałego - można otrzymać jednoznaczny wzór na energię wewnętrzną.

Energia wewnętrzna jednoatomowego gazu doskonałego

Energia potencjalna oddziaływania cząstek gazu doskonałego wynosi zero (przypomnijmy, że w modelu gazu doskonałego pomijamy oddziaływanie cząstek na odległość). Dlatego energia wewnętrzna jednoatomowego gazu doskonałego jest redukowana do całkowitej energii kinetycznej translacji (dla gazu wieloatomowego należy również uwzględnić rotację cząsteczek i wibracje atomów w cząsteczkach) jego atomów. Energię tę można znaleźć mnożąc liczbę atomów gazu przez średnią energię kinetyczną jednego atomu:

Widzimy, że energia wewnętrzna gazu doskonałego (którego masa i skład chemiczny pozostają niezmienione) jest funkcją tylko jego temperatury. W przypadku gazu rzeczywistego, cieczy lub ciała stałego, energia wewnętrzna będzie zależeć również od objętości - w końcu wraz ze zmianą objętości zmienia się względne położenie cząstek, aw rezultacie energia potencjalna ich oddziaływania.

Funkcja państwa

Najważniejszą właściwością energii wewnętrznej jest to, że jest funkcja stanu układ termodynamiczny. Mianowicie energia wewnętrzna jest jednoznacznie określona przez zestaw makroskopowych parametrów charakteryzujących system i nie zależy od „prehistorii” systemu, tj. od stanu, w jakim system był wcześniej i jak konkretnie w tym stanie znalazł się.

Tak więc podczas przejścia systemu z jednego stanu do drugiego, zmiana jego energii wewnętrznej jest determinowana tylko przez stan początkowy i końcowy systemu oraz nie zależy od ścieżki przejścia od stanu początkowego do końcowego. Jeśli układ powróci do swojego pierwotnego stanu, to zmiana jego energii wewnętrznej wynosi zero.

Doświadczenie pokazuje, że istnieją tylko dwa sposoby na zmianę wewnętrznej energii ciała:

Wykonywanie prac mechanicznych;
wymiana ciepła.

Mówiąc najprościej, czajnik można podgrzać tylko na dwa zasadniczo różne sposoby: pocierać czymś lub podpalać :-) Rozważmy te metody bardziej szczegółowo.

Zmiana energii wewnętrznej: wykonywanie pracy

Jeśli praca jest skończona nad ciało, wzrasta wewnętrzna energia ciała.

Na przykład gwóźdź po uderzeniu młotkiem nagrzewa się i trochę odkształca. Ale temperatura jest miarą średniej energii kinetycznej cząstek ciała. Podgrzanie gwoździa wskazuje na wzrost energii kinetycznej jego cząstek: w rzeczywistości cząstki są przyspieszane przez uderzenie młotkiem i tarcie gwoździa o deskę.

Deformacja to nic innego jak przemieszczanie się cząstek względem siebie; Po uderzeniu gwóźdź ulega odkształceniu kompresyjnemu, jego cząstki zbliżają się do siebie, między nimi wzrastają siły odpychające, co prowadzi do wzrostu energii potencjalnej cząstek gwoździa.

Tak więc wzrosła wewnętrzna energia paznokcia. Był to efekt wykonanej na nim pracy - pracę wykonał młotek i siła tarcia o deskę.

Jeśli praca jest skończona sami ciało, wtedy energia wewnętrzna ciała maleje.

Niech np. sprężone powietrze w zbiorniku izolowanym termicznie pod tłokiem rozpręża się i podniesie pewien ładunek, tym samym wykonując pracę (proces w zbiorniku izolowanym termicznie nazywa się adiabatyczny. Będziemy badać proces adiabatyczny, biorąc pod uwagę pierwszą zasadę termodynamiki). Podczas takiego procesu powietrze będzie schładzane – jego cząsteczki, uderzając za poruszającym się tłokiem, oddają mu część swojej energii kinetycznej. (W ten sam sposób piłkarz, zatrzymując stopą szybko lecącą piłkę, wykonuje ruch stopą od kula i wygasza jej prędkość.) Dlatego energia wewnętrzna powietrza maleje.

Powietrze zatem działa dzięki swojej wewnętrznej energii: ponieważ statek jest izolowany termicznie, nie ma dopływu energii do powietrza z jakichkolwiek zewnętrznych źródeł, a powietrze może pobierać energię do pracy tylko z własnych rezerw.

Zmiana energii wewnętrznej: wymiana ciepła

Przenoszenie ciepła to proces przenoszenia energii wewnętrznej z ciała cieplejszego do chłodniejszego, niezwiązany z wykonywaniem pracy mechanicznej.. Przenoszenie ciepła może odbywać się albo przez bezpośredni kontakt ciał, albo przez ośrodek pośredni (a nawet przez próżnię). Przenoszenie ciepła jest również nazywane wymiana ciepła.

Istnieją trzy rodzaje wymiany ciepła: przewodzenie, konwekcja i promieniowanie cieplne.

Teraz przyjrzymy się im bardziej szczegółowo.

Przewodność cieplna

Jeśli włożysz żelazny pręt jednym końcem do ognia, to, jak wiemy, nie możesz długo trzymać go w dłoni. Wchodząc w obszar wysokiej temperatury, atomy żelaza zaczynają intensywniej wibrować (tj. zdobywają dodatkową energię kinetyczną) i zadawać silniejsze ciosy sąsiadom.

Energia kinetyczna sąsiednich atomów również wzrasta i teraz te atomy przekazują dodatkową energię kinetyczną swoim sąsiadom. Tak więc, z odcinka na odcinek, ciepło stopniowo rozchodzi się wzdłuż pręta - od końca umieszczonego w ogniu do naszej ręki. To jest przewodność cieplna (ryc. 1) (zdjęcie ze strony educationelectronicsusa.com).

Ryż. 1. Przewodność cieplna

Przewodność cieplna to przenoszenie energii wewnętrznej z bardziej nagrzanych części ciała do mniej nagrzanych w wyniku ruchu termicznego i interakcji cząstek ciała..

Przewodność cieplna różnych substancji jest różna. Metale mają wysoką przewodność cieplną: srebro, miedź i złoto są najlepszymi przewodnikami ciepła. Przewodność cieplna cieczy jest znacznie mniejsza. Gazy tak źle przewodzą ciepło, że należą już do izolatorów ciepła: ze względu na duże odległości między nimi cząsteczki gazu słabo ze sobą oddziałują. Dlatego np. w oknach wykonuje się podwójne ramy: warstwa powietrza zapobiega ucieczce ciepła).

Dlatego ciała porowate, takie jak cegła, wełna czy futro, są słabymi przewodnikami ciepła. Zawierają powietrze w swoich porach. Nic dziwnego, że domy murowane są uważane za najcieplejsze, a w chłodne dni ludzie noszą futra i kurtki z warstwą puchu lub wyściełanego poliestru.

Ale jeśli powietrze tak słabo przewodzi ciepło, to dlaczego pomieszczenie nagrzewa się z akumulatora?

Dzieje się tak z powodu innego rodzaju wymiany ciepła - konwekcji.

Konwekcja

Konwekcja to transfer energii wewnętrznej w cieczach lub gazach w wyniku cyrkulacji przepływów i mieszania materii.

Powietrze w pobliżu akumulatora nagrzewa się i rozszerza. Siła grawitacji działająca na to powietrze pozostaje taka sama, ale siła wyporu z otaczającego powietrza wzrasta, tak że ogrzane powietrze zaczyna unosić się w kierunku sufitu. Na jego miejsce pojawia się zimne powietrze (ten sam proces, ale na znacznie większą skalę, stale zachodzi w przyrodzie: tak powstaje wiatr), z którym powtarza się to samo.

W efekcie powstaje cyrkulacja powietrza, która służy jako przykład konwekcji – rozprowadzanie ciepła w pomieszczeniu odbywa się za pomocą prądów powietrza.

Zupełnie analogiczny proces można zaobserwować w cieczy. Gdy postawimy na kuchence czajnik lub garnek z wodą, woda jest podgrzewana przede wszystkim na zasadzie konwekcji (wkład przewodności cieplnej wody jest tu bardzo znikomy).

Prądy konwekcyjne w powietrzu i cieczy pokazano na ryc. 2 (zdjęcia z fizyki.arizona.edu).

Ryż. 2. Konwekcja

W ciałach stałych nie ma konwekcji: siły oddziaływania cząstek są duże, cząstki oscylują w pobliżu stałych punktów przestrzennych (węzłów sieci krystalicznej) i w takich warunkach nie mogą powstawać żadne przepływy materii.

Do cyrkulacji prądów konwekcyjnych podczas ogrzewania pomieszczenia konieczne jest, aby ogrzane powietrze było miejsce do pływania. Jeśli grzejnik zostanie zainstalowany pod sufitem, nie nastąpi cyrkulacja - ciepłe powietrze pozostanie pod sufitem. Dlatego umieszczane są urządzenia grzewcze na dnie pokoje. Z tego samego powodu postawili czajnik na ogień, w wyniku którego podgrzane warstwy wody, unoszące się, ustępują miejsca zimniejszym.

Wręcz przeciwnie, klimatyzator powinien być umieszczony jak najwyżej: wtedy schłodzone powietrze zacznie opadać, a na jego miejsce pojawi się cieplejsze powietrze. Cyrkulacja będzie przebiegać w kierunku przeciwnym do ruchu przepływów podczas ogrzewania pomieszczenia.

promieniowanie cieplne

Jak Ziemia czerpie energię ze Słońca? Przewodzenie ciepła i konwekcja są wykluczone: dzieli nas 150 milionów kilometrów bezpowietrznej przestrzeni.

Oto trzeci rodzaj wymiany ciepła - promieniowanie cieplne. Promieniowanie może rozprzestrzeniać się zarówno w materii, jak iw próżni. Jak to powstaje?

Okazuje się, że pola elektryczne i magnetyczne są ze sobą ściśle powiązane i mają jedną niezwykłą właściwość. Jeśli pole elektryczne zmienia się w czasie, to generuje ono pole magnetyczne, które ogólnie rzecz biorąc zmienia się również w czasie (więcej na ten temat w ulotce o indukcji elektromagnetycznej). Z kolei przemienne pole magnetyczne generuje przemienne pole elektryczne, które ponownie generuje przemienne pole magnetyczne, które ponownie generuje przemienne pole elektryczne ...

W wyniku rozwoju tego procesu, fala elektromagnetyczna- "zaczepiły" się nawzajem polami elektrycznymi i magnetycznymi. Podobnie jak dźwięk, fale elektromagnetyczne mają prędkość propagacji i częstotliwość - w tym przypadku jest to częstotliwość, z jaką zmieniają się wielkości i kierunki pól w fali. Światło widzialne to szczególny przypadek fal elektromagnetycznych.

Prędkość propagacji fal elektromagnetycznych w próżni jest ogromna: km/s. Tak więc światło przemieszcza się z Ziemi na Księżyc nieco dłużej niż sekundę.

Zakres częstotliwości fal elektromagnetycznych jest bardzo szeroki. O skali fal elektromagnetycznych powiemy więcej w odpowiednim arkuszu. Tutaj tylko zauważamy, że światło widzialne to maleńki zakres tej skali. Poniżej leżą częstotliwości promieniowania podczerwonego, powyżej częstotliwości promieniowania ultrafioletowego.

Przypomnijmy sobie, że atomy, generalnie obojętne elektrycznie, zawierają dodatnio naładowane protony i ujemnie naładowane elektrony. Te naładowane cząstki, wykonując chaotyczny ruch wraz z atomami, wytwarzają zmienne pola elektryczne, a tym samym promieniują falami elektromagnetycznymi. Te fale nazywają się promieniowanie cieplne- jako przypomnienie, że ich źródłem jest ruch termiczny cząstek materii.

Każde ciało jest źródłem promieniowania cieplnego. W tym przypadku promieniowanie zabiera część swojej energii wewnętrznej. Po zetknięciu się z atomami innego ciała promieniowanie przyspiesza je swoim oscylującym polem elektrycznym, a energia wewnętrzna tego ciała wzrasta. Tak wygrzewamy się na słońcu.

W zwykłych temperaturach częstotliwości promieniowania cieplnego leżą w zakresie podczerwieni, przez co oko go nie dostrzega (nie widzimy, jak „świecimy”). Kiedy ciało jest ogrzewane, jego atomy zaczynają emitować fale o wyższych częstotliwościach. Żelazny gwóźdź może być rozgrzany do czerwoności - doprowadzony do takiej temperatury, że jego promieniowanie cieplne przejdzie w dolną (czerwoną) część zakresu widzialnego. A Słońce wydaje nam się żółto-białe: temperatura na powierzchni Słońca jest tak wysoka, że w widmie jego promieniowania znajdują się wszystkie częstotliwości światła widzialnego, a nawet ultrafiolet, dzięki któremu się opalamy.

Przyjrzyjmy się jeszcze raz trzem rodzajom wymiany ciepła (rysunek 3) (zdjęcia z beodom.com).

Ryż. 3. Trzy rodzaje wymiany ciepła: przewodzenie, konwekcja i promieniowanie

TEMPERATURA I JEJ POMIAR.

[Q]=J. Q=DU.

PROCESY TERMICZNE.

topienie i krystalizacja.

Ta sama substancja może znajdować się w określonych warunkach w stanie stałym, ciekłym i gazowym, zwanym kruszywem.

PRZEJŚCIE ZE STANU STAŁYCH DO CIEKŁYCH NAZWANE JEST TOPIENIEM. Topienie zachodzi w temperaturze zwanej temperaturą topnienia. Temperatury topnienia substancji są różne, ponieważ ich struktura jest inna. Temperatura topnienia - wartość tabelaryczna. Podczas procesu topienia temperatura się nie zmienia, ponieważ dostarczone ciepło jest zużywane na zniszczenie sieci krystalicznej ciała stałego.

ILOŚĆ CIEPŁA NIEZBĘDNA DO PRZEKSZTAŁCENIA 1 KG CIAŁA STAŁEGO W TEMPERATURZE TOPIENIA W CIECZ O TEJ SAMEJ TEMPERATURZE, ZWANA JEST CIEPŁEM WŁAŚCIWYM TOPIENIA. [l]=J/kg.

KRYSTALIZACJA TO PROCES PRZEJŚCIA SUBSTANCJI ZE STANU CIEKŁEGO DO STAŁY. Temperatura topnienia substancji jest równa jej temperaturze krystalizacji. Podobnie jak w procesie topienia, temperatura nie zmienia się podczas krystalizacji, ponieważ podczas krystalizacji uwalniane jest ciepło, które kiedyś było wydawane na topienie ciała. Utrzymuje stałą temperaturę ciała krystalizującego. Zgodnie z prawem zachowania energii przy obliczaniu ilości ciepła uwalnianego podczas krystalizacji stosuje się ten sam wzór, co podczas topienia. Aby pokazać kierunek wymiany ciepła, wprowadza się do niego znak minus.

Parowanie i kondensacja.

PAROWANIE TO PROCES PRZEJŚCIA SUBSTANCJI ZE STANU CIEKŁEGO DO GAZU. Cząsteczki cieczy przyciągają się nawzajem, więc tylko najszybsze cząsteczki o wysokiej energii kinetycznej mogą wylecieć z cieczy. Jeśli nie ma dopływu ciepła, temperatura parującej cieczy spada. Szybkość parowania zależy od temperatury cieczy, jej pola powierzchni, rodzaju cieczy oraz obecności wiatru nad jej powierzchnią.

KONDENSACJA TO PRZEKSZTAŁCENIE CIECZY W PARY. W otwartym naczyniu szybkość parowania przewyższa szybkość kondensacji. W zamkniętym naczyniu szybkości parowania i kondensacji są równe.

Po podgrzaniu cieczy na dnie i ścianach naczynia rozpoczyna się uwalnianie powietrza rozpuszczonego w cieczy. Wewnątrz tych bąbelków ciecz odparowuje. Pod działaniem siły Archimedesa bąbelki odrywają się od ścian naczynia i unoszą się w górę. Wpadają do jeszcze nieogrzanej cieczy, para się skrapla. Bąbelki zapadają się. Jednocześnie słychać charakterystyczny dźwięk.

Po podgrzaniu cieczy kondensacja pary w bąbelkach ustaje. A pęcherzyk pary, powiększający się w wyniku ciągłego parowania, dociera do powierzchni cieczy, pęka, uwalniając zawartą w nim parę do atmosfery. Ciecz się gotuje. GOTOWANIE TO WAPORYZACJA, KTÓRA WYSTĄPIŁA W CAŁEJ OBJĘTOŚCI CIECZY . Wrzenie następuje w temperaturze zwanej temperaturą wrzenia, która zależy od rodzaju cieczy i ciśnienia nad jej powierzchnią. Gdy ciśnienie zewnętrzne spada, temperatura wrzenia cieczy spada. Podczas procesu wrzenia temperatura cieczy pozostaje stała, ponieważ. energia wejściowa jest zużywana na przezwyciężenie wzajemnego przyciągania cząsteczek cieczy.

ILOŚĆ CIEPŁA NIEZBĘDNA DO PRZEKSZTAŁCENIA 1 KG CIECZY W PARY O TEJ SAMEJ TEMPERATURZE nosi nazwę CIEPŁA WŁAŚCIWEGO ODPAROWANIA. [L] = J/kg. Ciepło właściwe parowania dla różnych cieczy jest różne, a jego wartość liczbowa jest wartością tabelaryczną. Aby obliczyć ilość ciepła potrzebnego do odparowania cieczy, należy pomnożyć ciepło właściwe parowania tej cieczy przez masę odparowanej cieczy.

Kiedy para się skrapla, uwalniana jest taka sama ilość ciepła, jaka została zużyta na jej odparowanie. Intensywna kondensacja pary następuje w temperaturze kondensacji równej temperaturze wrzenia.

Spalanie paliwa.

Podczas spalania paliwa zachodzi proces powstawania cząsteczek dwutlenku węgla z atomów węgla paliwa i tlenu z powietrza atmosferycznego. Procesowi utleniania towarzyszy wydzielanie dużej ilości ciepła. Aby scharakteryzować różne rodzaje paliw przedstawiamy CIEPŁO SPECJALNE SPALANIA PALIWA – ILOŚĆ CIEPŁA UDOSTĘPNIANEGO PRZY CAŁKOWITYM SPALANIE 1 KG PALIWA . [q]=J/kg. Jak wszystkie inne wartości specyficzne, ciepło właściwe spalania paliwa jest wartością tabelaryczną. Aby obliczyć ilość ciepła uwalnianego podczas całkowitego spalania paliwa, należy pomnożyć ciepło właściwe spalania paliwa przez masę paliwa.

Spalanie paliwa jest procesem nieodwracalnym, tj. płynie tylko w jednym kierunku.

Prawo Coulomba.

Ładunek punktowy to ładunek znajdujący się na ciele, którego wielkość i kształt można pominąć w danych warunkach. Prawo interakcji nieruchomych ładunków punktowych zostało znalezione eksperymentalnie za pomocą wag torsyjnych przez Sh. Coulomba w 1785 roku.

Waga torsyjna to izolująca światło belka z zamocowanymi na końcach małymi kulkami przewodzącymi, z których jedna nie bierze udziału w eksperymencie, a jedynie służy jako przeciwwaga. Bujak zawieszony na cienkiej elastycznej nici. Przez obudowę urządzenia, trzecia identyczna naładowana kulka jest opuszczana do środka. Jedna z kulek jest przyciągana do włożonej kulki. W tym przypadku opłata jest dzielona między nich na pół, tj. na kulkach będą podopieczni o tej samej nazwie, w tym samym rozmiarze. Piłki będą się od siebie odbijać. Siłę oddziaływania kulek mierzy się kątem skręcenia nitki. Wielkość ładunku można zmienić, wyjmując trzecią kulkę z urządzenia i usuwając z niej ładunek. Po wprowadzeniu go do urządzenia i nowym rozdzieleniu ładunków połowa ładunku początkowego pozostanie na kulkach. Zmieniając wielkość ładunków i odległość między nimi, Coulomb odkrył, że SIŁA ODDZIAŁYWANIA ŁADUNKÓW PUNKTOWYCH JEST BEZPOŚREDNIO PROPORCJONALNA DO MODUŁÓW ŁADUNKÓW I JEST ODWROTNA PROPORCJONALNIE DO KWADRATÓW ODLEGŁOŚCI MIĘDZY NAMI . Ładunki punktowe to te, które znajdują się na ciałach, których wielkość i kształt można pominąć w tej konkretnej sytuacji.

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

Ponadto stwierdzono, że siła oddziaływania między ładunkami w próżni jest większa niż w jakimkolwiek ośrodku dielektrycznym. Wartość pokazująca ile razy siła oddziaływania ładunków w próżni jest większa niż w danym ośrodku nazywana jest przenikalnością ośrodka. Stała dielektryczna ośrodka jest wartością tabelaryczną.

e = F w /F. [e] = 1.

Eksperymentalnie ustalono, że współczynnik proporcjonalności w prawie Coulomba k \u003d 9 * 1O 9 Nm 2 /C 2 jest siłą, z którą w próżni oddziaływałyby dwa ładunki punktowe o wartości 1 C każdy w odległości 1 m.

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

Prawo Coulomba obowiązuje również dla naładowanych piłek. W tym przypadku r rozumiane jest jako odległość między ich środkami.

PRAWO OHM DLA SEKCJI ŁAŃCUCHOWEJ.

Wzrost różnicy potencjałów na końcach przewodnika powoduje wzrost prądu w nim. Ohm udowodnił eksperymentalnie, że natężenie prądu w przewodniku jest wprost proporcjonalne do różnicy potencjałów na nim.

Gdy różni odbiorcy są podłączeni do tego samego obwodu elektrycznego, siła prądu w nich jest inna. Oznacza to, że różni odbiorcy w różny sposób zapobiegają przepływowi przez nie prądu elektrycznego. WIELKOŚĆ FIZYCZNA CHARAKTERYZUJĄCA ZDOLNOŚĆ PRZEWODNIKA DO ZAPOBIEGANIA PRZEPŁYWU PRĄDU ELEKTRYCZNEGO NAZYWA SIĘ OPORNOŚCIĄ ELEKTRYCZNĄ . Rezystancja danego przewodnika jest wartością stałą w stałej temperaturze. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta rezystancja metali, a maleje rezystancja cieczy. [R] = Ohm. 1 Ohm to rezystancja takiego przewodnika, przez który przepływa prąd 1 A z różnicą potencjałów na jego końcach 1 V. Najczęściej używane przewodniki metalowe. Nośnikami prądu w nich są wolne elektrony. Poruszając się wzdłuż przewodnika, oddziałują one z dodatnimi jonami sieci krystalicznej, oddając im część swojej energii i tracąc prędkość. Aby uzyskać pożądaną odporność, użyj pudełka z odpornością. Skrzynka rezystancyjna to zestaw zwojów drutu o znanych rezystancjach, które można włączyć do obwodu w pożądanej kombinacji.

Ohm odkrył to eksperymentalnie AKTUALNA SIŁA W JEDNORODNEJ CZĘŚCI OBWODU JEST BEZPOŚREDNIO PROPORCJONALNA DO POTENCJALNYCH RÓŻNIC NA KOŃCACH TEJ SEKCJI I JEST ODWROTNIE PROPORCJONALNA DO WYTRZYMAŁOŚCI TEJ SEKCJI.

Jednorodny odcinek obwodu to odcinek, w którym nie ma źródeł prądu. To jest prawo Ohma dla jednorodnego odcinka obwodu - podstawa wszystkich obliczeń elektrycznych.

Wśród przewodników o różnych długościach, różnych przekrojach, wykonanych z różnych materiałów, stwierdzono: ODPORNOŚĆ PRZEWODU JEST BEZPOŚREDNIO PROPORCJONALNA DO DŁUGOŚCI PRZEWODNIKA I ODWRÓCONA PROPORCJONALNIE DO JEGO PRZEKROJU. WYTRZYMAŁOŚĆ KOSTKI O 1 METROWEJ KRAWĘDZI, WYKONANEJ Z DOWOLNEJ SUBSTANCJI, JEŚLI PRĄD PŁYWA PROSTOPADŁO DO JEGO PRZECIWNYCH ŚCIAN, NAZYWA SIĘ ODPORNOŚCIĄ SPECYFICZNĄ TEJ SUBSTANCJI . [r] \u003d Ohm m. Często stosuje się niesystemową jednostkę rezystywności - rezystancję przewodnika o polu przekroju 1 mm 2 i długości 1 m. [r] \ u003d Ohm mm 2 / m.

Specyficzna odporność substancji jest wartością tabelaryczną. Rezystancja przewodnika jest proporcjonalna do jego rezystywności.

Działanie reostatów suwakowych i krokowych opiera się na zależności rezystancji przewodnika od jego długości. Reostat suwakowy to ceramiczny cylinder z owiniętym wokół niego drutem niklowym. Połączenie reostatu z obwodem odbywa się za pomocą suwaka, który obejmuje większą lub mniejszą długość uzwojenia w obwodzie. Drut pokryty jest warstwą zgorzeliny, która izoluje zwoje od siebie.

A) SZEREGOWE I RÓWNOLEGŁE POŁĄCZENIE ODBIORCÓW.

Często w obwodzie elektrycznym znajduje się kilku odbiorców prądu. Wynika to z faktu, że nie jest racjonalne, aby każdy konsument miał własne źródło prądu. Istnieją dwa sposoby włączania konsumentów: szeregowe i równoległe oraz ich kombinacje w postaci połączenia mieszanego.

a) Szeregowe połączenie odbiorców.

Po połączeniu szeregowym konsumenci tworzą ciągły łańcuch, w którym konsumenci są połączeni jeden po drugim. Przy połączeniu szeregowym nie ma rozgałęzień przewodów łączących. Rozważ dla uproszczenia łańcuch dwóch konsumentów połączonych szeregowo. Ładunek elektryczny, który przeszedł przez jednego z odbiorców, przejdzie również przez drugiego, ponieważ. w przewodzie łączącym odbiorców nie może dochodzić do znikania, występowania i kumulacji opłat. q=q 1 = q 2 . Dzieląc otrzymane równanie przez czas przepływu prądu przez obwód, otrzymujemy zależność między prądem płynącym przez całe połączenie a prądami płynącymi przez jego odcinki.

Jest oczywiste, że praca polegająca na przeniesieniu pojedynczego ładunku dodatniego w całym połączeniu składa się z pracy polegającej na przeniesieniu tego ładunku przez wszystkie jego odcinki. Tych. V \u003d V 1 + V 2 (2).

Całkowita potencjalna różnica między konsumentami połączonymi szeregowo jest równa sumie potencjalnych różnic między konsumentami.

Dzieląc obie części równania (2) przez prąd w obwodzie, otrzymujemy: U/I=V 1 /I+V 2 /I. Tych. rezystancja całej połączonej szeregowo sekcji jest równa sumie rezystancji odbiorników jej elementów.

B) Połączenie równoległe odbiorników.

Jest to najczęstszy sposób na umożliwienie konsumentom. Dzięki temu połączeniu wszyscy odbiorcy są połączeni z dwoma punktami wspólnymi dla wszystkich odbiorców.

Przechodząc przez połączenie równoległe, ładunek elektryczny przechodzący przez obwód dzieli się na kilka części przechodzących przez poszczególnych odbiorców. Zgodnie z prawem zachowania ładunku q=q 1 +q 2 . Dzieląc to równanie przez czas przejścia ładunku, otrzymujemy zależność między całkowitym prądem płynącym przez obwód a prądami płynącymi przez poszczególnych odbiorców.

Zgodnie z definicją różnicy potencjałów V=V 1 =V 2 (2).

Zgodnie z prawem Ohma dla odcinka obwodu, zastępujemy natężenia prądu w równaniu (1) stosunkiem różnicy potencjałów do rezystancji. Otrzymujemy: V / R \u003d V / R 1 + V / R 2. Po redukcji: 1/R=1/R 1 +1/R 2 ,

tych. odwrotność oporu połączenia równoległego jest równa sumie odwrotności oporów poszczególnych gałęzi.

ZASADY KIRCHHOFFA.

Do obliczania rozgałęzionych obwodów elektrycznych stosuje się reguły Kirchhoffa.

Punkt w obwodzie, w którym przecinają się co najmniej trzy przewody, nazywany jest węzłem. Zgodnie z prawem zachowania ładunku suma prądów wchodzących i wychodzących z węzła jest równa zeru. I = O. (pierwsza zasada Kirchhoffa). Suma algebraiczna prądów przechodzących przez węzeł wynosi zero.

Prąd wchodzący do węzła jest uważany za dodatni, pozostawiając węzeł ujemny. Kierunki prądów w odcinkach obwodu można wybrać dowolnie.

Z równania (2) wynika, że PODCZAS OMINIĘCIA DOWOLNEGO ZAMKNIĘTEGO OBWODU SUMA ALGEBRAICZNA SPADEK NAPIĘCIA JEST RÓWNA SUMA ALGEBRAICZNEJ EMF W TYM OBWODZIE , - (druga zasada Kirchhoffa).

Kierunek obejścia konturu jest wybierany arbitralnie. Napięcie na odcinku obwodu uważa się za dodatnie, jeśli kierunek prądu w tym odcinku pokrywa się z kierunkiem ominięcia obwodu. EMF uważa się za dodatnie, jeśli podczas obejścia wzdłuż obwodu źródło przechodzi z bieguna ujemnego do dodatniego.

Jeśli łańcuch zawiera m węzłów, to równanie m-1 można wykonać zgodnie z pierwszą zasadą. Każde nowe równanie musi zawierać co najmniej jeden nowy element. Całkowita liczba równań skompilowanych zgodnie z regułami Kirchhoffa musi odpowiadać liczbie segmentów między węzłami, tj. z liczbą prądów.

MAGNESY TRWAŁE.

Wzmocnienie pola magnetycznego elektromagnesu po wprowadzeniu do niego żelaznego rdzenia wynika z faktu, że żelazo w polu magnetycznym jest namagnesowane, a jego pole magnetyczne, nałożone na pole magnetyczne cewki, wzmacnia je. Żelazo należy do materiałów silnie magnetycznych, do których zalicza się również nikiel, kobalt, gadolin i ich związki. Namagnesowanie żelaznego rdzenia utrzymuje się nawet po jego wyjęciu z cewki. Ciało, które zachowuje właściwości magnetyczne, nazywa się magnesem trwałym. Każdy magnes trwały ma dwa bieguny - północny i południowy. Są to miejsca na magnesie, w których pole magnetyczne jest największe. Jak bieguny magnesów odpychają się, przeciwne bieguny przyciągają. Konfiguracja pola magnesów trwałych jest łatwa do zbadania przy użyciu opiłków żelaza.

Naturalnie namagnesowane kawałki żelaza lub rudy żelaza były już używane w starożytnych Chinach do orientacji na Ziemi, która sama w sobie jest ogromnym magnesem trwałym. Południowy biegun magnetyczny Ziemi znajduje się w obszarze północnego bieguna geograficznego, ale nie pokrywa się z nim, północny biegun magnetyczny znajduje się w obszarze południowego bieguna geograficznego. Położenie biegunów magnetycznych nie jest stałe. Ponadto analiza skał osadowych Ziemi sugeruje, że pole magnetyczne Ziemi wielokrotnie zmieniało biegunowość. Pole magnetyczne Ziemi odgrywa ogromną rolę dla całego życia na nim, ponieważ. chroni nas przed strumieniem szybkich cząstek lecących na Ziemię z kosmosu, głównie ze Słońca. Kiedy ten strumień się zmienia, na Ziemi obserwuje się burze magnetyczne - krótkotrwałe zmiany pola magnetycznego Ziemi, powodujące zakłócenia komunikacji radiowej, odchylenia w położeniu igieł magnetycznych.

POLE MAGNETYCZNE PRĄDU.

W 1820 r. Oersted odkrył, że igła magnetyczna umieszczona obok przewodnika przewodzącego prąd elektryczny obraca się tak, że jej oś pokrywa się ze styczną do okręgu otaczającego ten przewodnik.

W tym samym roku Ampere odkrył interakcję przewodników z prądem i odkrył prawo, że ta interakcja jest posłuszna. Działanie przewodnika przewodzącego prąd na igłę magnetyczną i oddziaływanie przewodników przewodzących prąd można wytłumaczyć faktem, że przewodnik przewodzący prąd wytwarza w swoim otoczeniu pole magnetyczne, które jest wykrywane przez igłę magnetyczną lub inny prąd - dyrygent nośny.

Pole magnetyczne - specjalny rodzaj materii wytworzony przez poruszające się ładunki elektryczne (prąd) i wykrywany przez działanie na poruszające się ładunki elektryczne (prąd). Pole magnetyczne rozchodzi się w przestrzeni z prędkością światła. Zmniejsza się wraz ze wzrostem odległości od tworzącego ją prądu. Pole magnetyczne ma energię.

Do badania pól magnetycznych używa się małych igieł magnetycznych, za pomocą których znaleziono wygodny sposób graficznego przedstawiania pól magnetycznych za pomocą linii magnetycznych. Linia magnetyczna to linia, wzdłuż której osie małych strzałek magnetycznych znajdują się w polu magnetycznym. Rodzaj linii magnetycznych można łatwo ustalić za pomocą małych opiłków żelaza, wylanych na karton i wprowadzonych w pole magnetyczne. W tym przypadku trociny namagnesowane w polu układają się w łańcuchy wzdłuż linii magnetycznych. Kierunek tych linii przyjmuje się jako kierunek, który wskazywałby na północny biegun igły magnetycznej.

Linie magnetyczne prostoliniowego przewodnika przewodzącego prąd są okręgami, których środek stanowi przewodnik przewodzący prąd. Kierunek linii określa zasada świdra: jeżeli ruch postępowy świdra (prawa śruba) pokrywa się z kierunkiem prądu w przewodzie, to kierunek ruchu obrotowego rączki świdra pokrywa się z kierunkiem linie magnetyczne.

Linie magnetyczne cewki z prądem (solenoid) są zamkniętymi krzywymi pokrywającymi zwoje cewki. Kierunek tych linii można łatwo określić za pomocą następującej zasady: jeśli weźmiesz cewkę prawą ręką, tak aby zgięte palce były skierowane wzdłuż prądu w niej, to zgięty kciuk pokaże kierunek linii magnetycznych wzdłuż oś cewki.

Cewka z prądem jest elektromagnesem podobnym do stałego magnesu taśmowego. Pole magnetyczne cewki wzrasta wraz ze wzrostem liczby jej zwojów i natężenia w niej prądu. Aby wzmocnić pole magnetyczne, do cewki wkładany jest żelazny rdzeń. Miejsce, w którym linie magnetyczne wychodzą z cewki, to biegun północny elektromagnesu, do którego wchodzą - biegun południowy.

Elektromagnesy są szeroko stosowane w inżynierii zarówno do przenoszenia ciężkich części żelaznych, złomu żelaznego, jak iw wielu urządzeniach elektrotechnicznych i radiotechnicznych.

Pole magnetyczne działa z pewną siłą na znajdujący się w nim przewodnik przewodzący prąd. Siła ta nazywana jest siłą Ampera i zależy wprost proporcjonalnie do długości przewodnika, natężenia prądu w nim. Zależy to również od wielkości pola i lokalizacji przewodnika. Kierunek siły Ampère'a jest określony przez regułę lewej ręki: if lewa ręka ustawiony w polu magnetycznym tak, aby linie magnetyczne weszły w dłoń, a cztery wyciągnięte palce wskazują kierunek prądu, następnie zgięty kciuk pokaże kierunek siły.

Działanie pola magnetycznego na przewodnik przewodzący prąd jest wykorzystywane w silnikach elektrycznych. Silnik prądu stałego składa się z części stałej - stojana i części ruchomej - wirnika. W rowkach stojana umieszczona jest cewka, która wytwarza pole magnetyczne. Wirnik jest cewką o wielu zwojach, do której prąd doprowadzany jest za pomocą styków ślizgowych - szczotek. Aby zwiększyć pole magnetyczne, wirnik i stojan są wykonane z izolowanych od siebie blach transformatorowych. Wirnik jest napędzany siłą Ampera. Aby utrzymać stały obrót, kierunek prądu w uzwojeniu wirnika jest okresowo zmieniany za pomocą kolektora, który w najprostszym przypadku to dwa półpierścienie stykające się ze szczotkami. Gdy wirnik się porusza, szczotka przesuwa się z jednego półpierścienia na drugi, zmieniając kierunek prądu w cewce wirnika. Daje jej to możliwość obrócenia się o kolejne pół obrotu, gdy prąd ponownie zmieni kierunek.

Dlatego Sprawność silników elektrycznych (do 98%) jest znacznie wyższa niż silników termicznych, wówczas silniki elektryczne znajdują szerokie zastosowanie w transporcie, fabrykach, fabrykach itp. Silniki elektryczne są kompaktowe, nie zanieczyszczają środowiska i można je łatwo kontrolować.

INSTRUMENTY OPTYCZNE.

Kamera.

Kamera składa się z dwóch głównych części: kamery światłoszczelnej i obiektywu. W najprostszym przypadku obiektywem może być soczewka skupiająca. Aby obraz był wysokiej jakości na całym polu fotografii, obiektywy nowoczesnych aparatów to złożony układ soczewek, który generalnie pełni rolę soczewki skupiającej. Obiektyw aparatu daje na kliszy fotograficznej pokrytej warstwą światłoczułą rzeczywisty, odwrócony i z reguły pomniejszony obraz fotografowanego obiektu. Aparat pracuje na cienkiej formule obiektywu. Aby uzyskać wyraźny (ostry) obraz obiektu, obiektyw kamery jest ruchomy. Przesuwając obiektyw, uzyskuje się niezbędną ostrość obrazu. Fotografowane obiekty mogą znajdować się jednocześnie w różnych odległościach od aparatu. Głębia ostrości jest osiągnięta dzięki temu, że okienko obiektywu może być częściowo zablokowane przez przysłonę. Im mniejsze okienko obiektywu, tym wyraźniejsze na zdjęciu będą obiekty znajdujące się w różnych odległościach od aparatu.

Podczas fotografowania obiektyw aparatu otwiera się automatycznie na krótki czas, zwany czasem naświetlania. Aby obraz był widoczny, folia jest wywoływana w specjalnym rozwiązaniu i utrwalana. Powstały obraz nazywa się negatywem, ponieważ. ma odwróconą transmisję światła. Te części filmu, w których pada więcej światła, są ciemniejsze i odwrotnie. W celu uzyskania karty fotograficznej (pozytywu) powstały obraz rzutowany jest na papier fotograficzny za pomocą powiększalnika zdjęć. Papier jest następnie rozwijany i utrwalany.

Nowoczesne kamery mogą tworzyć kolorowe, a nawet trójwymiarowe obrazy. Niektóre urządzenia od razu robią gotowe zdjęcie. Rozwój fotografii był kinem.

Fotografia jest szeroko wykorzystywana do celów naukowych, w technice, kryminalistyce itp. Może uczynić nas świadkami wydarzeń historycznych. Fotografia artystyczna jest szeroko rozpowszechniona.

urządzenie projekcyjne.

Aparat projekcyjny służy do uzyskania rzeczywistego, powiększonego, odwróconego obrazu ciał na ekranie. Jeśli obraz uzyskuje się w świetle przechodzącym (zdjęcie i film, obraz na szkle), wówczas urządzenie nazywa się diaskodem, w świetle odbitym - episkopem. Często stosuje się kombinację tych urządzeń - epidiaskop. Diaskop składa się ze źródła światła, kondensora i obiektywu. Aby zwiększyć oświetlenie ekranu, za źródłem światła często umieszcza się jedno lub więcej luster. Kondensor (dwie soczewki płasko-wypukłe) kieruje światło rozchodzące się od źródła do soczewki. Najprostszym obiektywem jest soczewka skupiająca. Obiekt, który ma być zobrazowany na ekranie jest umieszczany pomiędzy kondensorem a soczewką. Klarowność obrazu uzyskuje się poprzez przesuwanie obiektywu.

Powiększalniki, filmoskopy, kamery filmowe, rzutniki to urządzenia projekcyjne.

Oko. Okulary.

Struktura oka przypomina aparat. Składa się z: twardówki - zewnętrznej części oka, która chroni oko przed uszkodzeniami mechanicznymi; rogówka - przednia przezroczysta część twardówki; tęczówka z otworem o zmiennej średnicy - źrenica; soczewka - soczewka dwuwypukła; ciało szkliste wypełniające objętość oka; siatkówka - zakończenia nerwowe, które przekazują informacje do mózgu. Przestrzeń między rogówką a soczewką wypełniona jest cieczą wodną, która głównie załamuje światło. Oko działa na cienką formułę soczewek. Dlatego obiekty mogą znajdować się w różnych odległościach od oka, następnie, aby uzyskać wyraźny obraz, krzywiznę soczewki można zmienić za pomocą mięśni oka. Zdolność oka do dawania wyraźnego obrazu obiektów w różnych odległościach od niego nazywana jest akomodacją. Odległość, z której oko pozwala bez większego wysiłku dostrzec drobne szczegóły obiektów, nazywana jest odległością najlepszego widzenia. Dla zdrowego oka jest to 25 cm Bliski limit akomodacji wynosi około 12 cm Głębia ostrości zależy od obszaru źrenicy. Siatkówka składa się z pręcików do obrazów czarno-białych i czopków do obrazów kolorowych. Obraz na siatkówce jest rzeczywisty, zredukowany, odwrócony. Wizja trójwymiarowa daje dwoje oczu.

Jeśli obraz stworzony przez oko leży przed siatkówką, to oko nazywa się krótkowzrocznością. Aby zbadać przedmiot, krótkowidz zbliża go do oczu i mocno napina mięśnie oka. Krótkowzroczność jest korygowana przez noszenie okularów z rozbieżnymi soczewkami. Dalekowzroczność tworzy obraz za siatkówką. Dalekowzroczność koryguje się przez noszenie okularów z soczewkami skupiającymi. Należy zauważyć, że zarówno krótkowzroczność, jak i nadwzroczność postępują, jeśli nie używasz okularów, ponieważ. podczas pracy mięśnie oka będą się przeciążać.

TEMPERATURA I JEJ POMIAR.

Badanie zjawisk termicznych nieuchronnie musiało podać wartość charakteryzującą stopień nagrzania ciał - temperaturę. Kiedy ciała wchodzą w kontakt, w wyniku oddziaływania cząsteczek, ich średnia energia kinetyczna zostaje wyrównana. Temperatura jest miarą średniej energii kinetycznej cząsteczek. Pokazuje kierunek procesów termicznych, ponieważ. energia jest spontanicznie przenoszona z bardziej nagrzanych ciał do mniej nagrzanych, tj. od ciał o wyższej temperaturze do ciał o niższej temperaturze. Temperatura jest mierzona termometrami. Pomiar temperatury opiera się na ustaleniu równowagi termicznej pomiędzy zetkniętymi ciałami. W praktyce najczęściej stosowane są termometry cieczowe, które wykorzystują zmianę objętości cieczy (rtęci lub alkoholu) po podgrzaniu. Rozprężając się ciecz unosi się przez szklaną rurkę, pod którą znajduje się łuska. Punktami odniesienia (tj. punktami, na których oparta jest skala temperatury) w międzynarodowym praktycznym systemie temperatury zaproponowanym przez Celsjusza są temperatura topnienia lodu (O 0 C) i temperatura wrzenia wody (1OOS0oTC). Odległość między tymi punktami na skali jest podzielona na 100 równych części. Dlatego Ponieważ rozszerzanie się cieczy jest różne w różnych zakresach temperatur, termometr do cieczy gwarantuje prawidłowy pomiar tylko temperatur odniesienia. Większą dokładność mają termometry gazowe, które wykorzystują zależność objętości gazu od temperatury przy stałym ciśnieniu lub zależność ciśnienia gazu od temperatury przy stałej objętości. W termometrach można również wykorzystać zależność rezystancji elektrycznej przewodników i półprzewodników od temperatury.

ENERGIA WEWNĘTRZNA I SPOSOBY JEJ ZMIANY.

Każde ciało składa się z ogromnej liczby cząsteczek. Cząsteczki ciał są w ciągłym ruchu, dlatego mają energię kinetyczną. Cząsteczki ciał stałych i ciekłych oddziałują ze sobą, co oznacza, że posiadają również energię potencjalną. SUMA ENERGII KINETYCZNYCH I POTENCJALNYCH CZĄSTECZEK SKŁADAJĄCYCH SIĘ W ORGANIZMIE ZWANA JEST ENERGIĄ WEWNĘTRZNĄ. [U] = J. Energia wewnętrzna obejmuje również energię cząstek tworzących atomy.

Energia wewnętrzna ciała może się zmieniać podczas różnych procesów termicznych. Na przykład po podgrzaniu zwiększa się prędkość ruchu cząsteczek, a co za tym idzie ich energia kinetyczna. Gdy ciało jest ogrzewane, zwiększa się jego objętość, zmieniają się odległości między cząsteczkami, a zatem zmienia się również energia potencjalna ich interakcji. Zmiany energii wewnętrznej można ocenić na podstawie zmian temperatury ciała. Wraz ze wzrostem temperatury ciała wzrasta jego energia wewnętrzna.

Energię wewnętrzną można zmienić na dwa zasadniczo różne sposoby.

1. Jeżeli wykonywana jest praca na ciele, to się nagrzewa, tj. jego wewnętrzna energia wzrasta. Jeśli samo ciało działa na ciała zewnętrzne, jego energia wewnętrzna maleje. A=DU.

2. Energię wewnętrzną można również zmienić poprzez wymianę ciepła. PRZEKAZYWANIE CIEPŁA LUB PRZENOSZENIE CIEPŁA TO PROCES ZMIANY WEWNĘTRZNEJ ENERGIA BEZ PRACY. Tak więc czajnik stojący na rozgrzanej kuchence pobiera energię poprzez wymianę ciepła.

Istnieją trzy rodzaje wymiany ciepła: przewodność cieplna - przekazywanie energii poprzez wymianę jej z cząsteczkami podczas ich interakcji; konwekcja - przenoszenie energii przez strumienie ogrzanej cieczy lub gazu; promieniowanie - przenoszenie energii przez fale elektromagnetyczne. Co więcej, ten ostatni rodzaj wymiany ciepła nie wymaga bezpośredniego kontaktu ciał ani obecności między nimi jakiejkolwiek substancji.

Miarą przekazywanej energii cieplnej podczas wymiany ciepła jest ILOŚĆ CIEPŁA - TA CZĘŚĆ ENERGII WEWNĘTRZNEJ, KTÓRĄ ORGANIZM OTRZYMUJE LUB UWALNIA PODCZAS WYMIANY CIEPŁA. [Q]=J. Q=DU.

PROCESY TERMICZNE.