วิธีเปลี่ยนพลังงานภายในร่างกาย กำลังภายใน. การทำงานและการถ่ายเทความร้อนเป็นวิธีการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในร่างกาย กฎการอนุรักษ์พลังงานในกระบวนการทางความร้อน

พลังงานภายในสามารถเปลี่ยนได้สองวิธี

ถ้าร่างกายทำงานเสร็จ พลังงานภายในจะเพิ่มขึ้น

หากงานทำโดยร่างกายเอง พลังงานภายในจะลดลง

โดยรวมแล้วการถ่ายเทความร้อนมีสามประเภทง่าย ๆ (พื้นฐาน):

การนำความร้อน

· การพาความร้อน

การพาความร้อนเป็นปรากฏการณ์ของการถ่ายเทความร้อนในของเหลวหรือก๊าซ หรือตัวกลางที่เป็นเม็ดโดยการไหลของสสาร มีสิ่งที่เรียกว่า การพาความร้อนตามธรรมชาติซึ่งเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติในสารเมื่อได้รับความร้อนไม่สม่ำเสมอในสนามโน้มถ่วง ด้วยการพาความร้อนดังกล่าว ชั้นล่างของสสารจะร้อนขึ้น เบาลงและลอยได้ ในขณะที่ชั้นบนจะเย็นลง หนักขึ้น และจมลง หลังจากนั้นกระบวนการจะเกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่า

การแผ่รังสีความร้อนหรือการแผ่รังสีคือการถ่ายโอนพลังงานจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งในรูปแบบของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเนื่องจากพลังงานความร้อน

พลังงานภายในของก๊าซอุดมคติ

ตามคำจำกัดความของก๊าซในอุดมคติ ไม่มีส่วนประกอบที่เป็นไปได้ของพลังงานภายในอยู่ภายใน (ไม่มีแรงปฏิกิริยาของโมเลกุล ยกเว้นการกระแทก) ดังนั้นพลังงานภายในของก๊าซในอุดมคติจึงเป็นเพียงพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเท่านั้น ก่อนหน้านี้ (สมการ 2.10) แสดงให้เห็นว่าพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่เชิงแปลของโมเลกุลก๊าซเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ของมัน

การใช้นิพจน์สำหรับค่าคงที่แก๊สสากล (4.6) เราสามารถกำหนดค่าของค่าคงที่ α ได้

ดังนั้นพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่เชิงแปลของหนึ่งโมเลกุลของก๊าซในอุดมคติจะถูกกำหนดโดยการแสดงออก

ตามทฤษฎีจลนศาสตร์ การกระจายพลังงานเหนือองศาอิสระจะเท่ากัน การเคลื่อนที่แบบแปลนมีอิสระ 3 องศา ดังนั้น ระดับความอิสระในการเคลื่อนที่ของโมเลกุลก๊าซหนึ่งระดับจะมีสัดส่วนเท่ากับ 1/3 ของพลังงานจลน์

สำหรับโมเลกุลของแก๊สสอง สาม และโพลิอะตอมมิก นอกจากองศาอิสระของการเคลื่อนที่เชิงแปลแล้ว ยังมีระดับความอิสระในการเคลื่อนที่แบบหมุนของโมเลกุลอีกด้วย สำหรับโมเลกุลของก๊าซไดอะตอมมิก จำนวนองศาอิสระของการเคลื่อนที่แบบหมุนคือ 2 สำหรับสามโมเลกุลและโพลิอะตอมมิก - 3

เนื่องจากการกระจายพลังงานของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในทุกองศาอิสระจึงเป็นแบบเดียวกัน และจำนวนโมเลกุลในหนึ่งกิโลโมลของก๊าซคือ Nμ พลังงานภายในของหนึ่งกิโลโมลของก๊าซในอุดมคติจึงสามารถได้รับจากการคูณนิพจน์ ( 4.11) โดยจำนวนโมเลกุลในหนึ่งกิโลโมล และโดยจำนวนองศาอิสระในการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของก๊าซที่กำหนด

โดยที่ Uμ คือพลังงานภายในของก๊าซ 1 กิโลโมลใน J/kmol i คือจำนวนองศาอิสระในการเคลื่อนที่ของโมเลกุลแก๊ส

สำหรับ 1 - ก๊าซอะตอม i = 3 สำหรับ 2 - ก๊าซอะตอม i = 5 สำหรับ 3 - อะตอมและก๊าซหลายอะตอม i = 6

ไฟฟ้า. เงื่อนไขการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้า อีเอ็มเอฟ กฎของโอห์มสำหรับวงจรที่สมบูรณ์ งานและกระแสไฟ. กฎหมายจูล-เลนซ์

ท่ามกลางเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้า ได้แก่ การมีอยู่ของประจุไฟฟ้าอิสระในสิ่งแวดล้อมและการสร้างสนามไฟฟ้าในสิ่งแวดล้อม สนามไฟฟ้าในตัวกลางเป็นสิ่งจำเป็นในการสร้างการเคลื่อนที่ของประจุฟรีโดยตรง ดังที่ทราบกันดีอยู่แล้ว ประจุ q ในสนามไฟฟ้าความแรง E ได้รับผลกระทบจากแรง F = qE ซึ่งบังคับให้ประจุอิสระเคลื่อนที่ไปในทิศทางของสนามไฟฟ้า สัญญาณของการมีอยู่ของสนามไฟฟ้าในตัวนำคือการมีอยู่ของความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ไม่เป็นศูนย์ระหว่างจุดสองจุดใดๆ ของตัวนำ

อย่างไรก็ตาม แรงไฟฟ้าไม่สามารถรักษากระแสไฟฟ้าไว้ได้นาน การเคลื่อนที่โดยตรงของประจุไฟฟ้าหลังจากผ่านไประยะหนึ่งนำไปสู่การปรับสมดุลศักย์ที่ปลายตัวนำและทำให้สนามไฟฟ้าหายไป เพื่อรักษากระแสในวงจรไฟฟ้า ประจุนอกเหนือจากแรงคูลอมบ์ต้องได้รับผลกระทบจากแรงที่ไม่ใช่ไฟฟ้า (แรงภายนอก) อุปกรณ์ที่สร้างแรงภายนอก รักษาความต่างศักย์ในวงจร และแปลงพลังงานประเภทต่างๆ เป็นพลังงานไฟฟ้า เรียกว่า แหล่งกระแส

เงื่อนไขสำหรับการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้า:

การปรากฏตัวของผู้ให้บริการฟรี

การปรากฏตัวของความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น เหล่านี้เป็นเงื่อนไขสำหรับการเกิดขึ้นของกระแส เพื่อให้ปัจจุบันมีอยู่

วงจรปิด

แหล่งที่มาของแรงภายนอกที่รักษาความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น

แรงใดๆ ที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ยกเว้นแรงไฟฟ้าสถิต (คูลอมบ์) เรียกว่า แรงภายนอก

แรงเคลื่อนไฟฟ้า

แรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) คือปริมาณทางกายภาพสเกลาร์ที่กำหนดลักษณะการทำงานของแรงภายนอก (ไม่มีศักยภาพ) ในแหล่งกำเนิดกระแสตรงหรือกระแสสลับ ในวงจรนำไฟฟ้าแบบปิด EMF มีค่าเท่ากับแรงกระทำเหล่านี้ในการเคลื่อนประจุบวกเดียวไปตามวงจร

หน่วยของ EMF เช่นแรงดันไฟฟ้าคือโวลต์ เราสามารถพูดถึงแรงเคลื่อนไฟฟ้าในส่วนใดก็ได้ของวงจร แรงเคลื่อนไฟฟ้าของเซลล์กัลวานิกมีค่าเท่ากับการทำงานของแรงภายนอกเมื่อเคลื่อนที่ประจุบวกเดียวภายในเซลล์จากขั้วลบไปยังขั้วบวก เครื่องหมายของ EMF ถูกกำหนดขึ้นอยู่กับทิศทางที่เลือกโดยพลการของการข้ามส่วนนั้นของวงจรที่เปิดแหล่งจ่ายกระแสที่กำหนด

กฎของโอห์มสำหรับวงจรที่สมบูรณ์

พิจารณาวงจรที่สมบูรณ์ที่ง่ายที่สุดซึ่งประกอบด้วยแหล่งกระแสและตัวต้านทานที่มีความต้านทาน R แหล่งกระแสที่มี EMF ε มีความต้านทาน r เรียกว่าความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดกระแส เพื่อให้ได้กฎของโอห์มสำหรับวงจรที่สมบูรณ์ เราใช้กฎการอนุรักษ์พลังงาน

ปล่อยให้ประจุ q ผ่านหน้าตัดของตัวนำในเวลา Δt จากนั้นตามสูตร แรงภายนอก เมื่อเคลื่อนที่ประจุ q เท่ากับ . จากนิยามของความแรงปัจจุบัน เรามี: q = IΔt เพราะฉะนั้น, .

เนื่องจากการทำงานของแรงภายนอกในระหว่างการไหลของกระแสในวงจร ปริมาณความร้อนจึงถูกปล่อยออกมาจากส่วนภายนอกและภายในของวงจร ตามกฎหมาย Joule-Lenz เท่ากับ:

ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน A st \u003d Q ดังนั้น ดังนั้น EMF ของแหล่งกระแสจึงเท่ากับผลรวมของแรงดันไฟตกในส่วนภายนอกและภายในของวงจร

บทเรียนฟิสิกส์ชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 ในหัวข้อ "พลังงานภายใน วิธีเปลี่ยนพลังงานภายใน"

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:

• การก่อตัวของแนวคิดของ "พลังงานภายในของร่างกาย" บนพื้นฐานของ MKT ของโครงสร้างของสสาร
• ทำความคุ้นเคยกับวิธีการเปลี่ยนพลังงานภายในร่างกาย
• การก่อตัวของแนวคิดของ "การถ่ายเทความร้อน" และความสามารถในการใช้ความรู้เกี่ยวกับ MKT ของโครงสร้างของสสารในการอธิบายปรากฏการณ์ทางความร้อน
• การพัฒนาความสนใจในฟิสิกส์โดยการสาธิตตัวอย่างที่น่าสนใจของปรากฏการณ์ทางความร้อนในธรรมชาติและเทคโนโลยี
• เหตุผลความจำเป็นในการศึกษาปรากฏการณ์ความร้อนเพื่อประยุกต์ใช้ความรู้นี้ในชีวิตประจำวัน
• การพัฒนาความสามารถด้านสารสนเทศและการสื่อสารของนักศึกษา

ประเภทบทเรียน รวมบทเรียน.

ประเภทบทเรียน บทเรียน - การนำเสนอ

แบบเรียน.การสนทนาเชิงโต้ตอบ การทดลองสาธิต การเล่าเรื่อง ศึกษาด้วยตนเอง

แบบงานของนักศึกษา.งานรวม งานเดี่ยว งานกลุ่ม.

อุปกรณ์: การนำเสนอทางอิเล็กทรอนิกส์ “พลังงานภายใน. วิธีเปลี่ยนพลังงานภายใน” คอมพิวเตอร์ โปรเจ็กเตอร์

ระหว่างเรียน

เวลาจัด.สวัสดีตอนบ่าย! วันนี้ในบทเรียนนี้ เราจะทำความคุ้นเคยกับพลังงานอีกประเภทหนึ่ง ค้นหาว่าพลังงานนั้นขึ้นอยู่กับอะไร และจะเปลี่ยนแปลงได้อย่างไร

อัพเดทความรู้.

• การทำซ้ำแนวคิดพื้นฐาน: พลังงาน พลังงานจลน์และพลังงานศักย์ งานเครื่องกล

การเรียนรู้วัสดุใหม่

ครู . นอกจากแนวคิดข้างต้นแล้ว ควรจำไว้ว่า สองประเภทพลังงานกลสามารถเปลี่ยน (ผ่าน) เข้าหากันได้ เช่น เมื่อร่างกายล้มลง พิจารณาลูกที่ตกลงมาอย่างอิสระ เห็นได้ชัดว่าเมื่อตกลงมา ความสูงเหนือพื้นผิวจะลดลง และความเร็วเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าพลังงานศักย์จะลดลงและพลังงานจลน์เพิ่มขึ้น ควรเข้าใจว่ากระบวนการทั้งสองนี้ไม่เกิดขึ้นแยกจากกัน มีความสัมพันธ์กัน และมีคำกล่าวไว้ว่าพลังงานศักย์จะถูกแปลงเป็นจลนศาสตร์.

เพื่อให้เข้าใจว่าพลังงานภายในร่างกายคืออะไร จำเป็นต้องตอบคำถามต่อไปนี้: ร่างกายทั้งหมดประกอบด้วยอะไร?

นักเรียน . ร่างกายประกอบด้วยอนุภาคที่เคลื่อนที่แบบสุ่มและมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันอย่างต่อเนื่อง

ครู . และหากพวกมันเคลื่อนที่และมีปฏิสัมพันธ์ พวกมันก็มีพลังงานจลน์และศักย์ไฟฟ้า ซึ่งประกอบเป็นพลังงานภายใน

นักเรียน. ปรากฎว่าร่างกายทั้งหมดมีพลังงานภายในเท่ากัน ซึ่งหมายความว่าอุณหภูมิจะต้องเท่ากัน และนี้ไม่เป็นเช่นนั้น

ครู. แน่นอนไม่ ร่างกายมีพลังงานภายในที่แตกต่างกัน และเราจะพยายามค้นหาว่าพลังงานภายในของร่างกายขึ้นอยู่กับอะไรและอะไรที่ไม่ขึ้นกับ

คำนิยาม.

พลังงานจลน์การเคลื่อนที่ของอนุภาคและพลังงานศักย์ปฏิสัมพันธ์ของพวกเขาคือพลังงานภายในร่างกาย.

พลังงานภายในคือและมีหน่วยวัดเช่นเดียวกับพลังงานประเภทอื่นๆ ในหน่วย J (จูล)

ดังนั้นเราจึงมีสูตรสำหรับพลังงานภายในของร่างกาย:. ที่ใต้ เป็นที่เข้าใจว่าเป็นพลังงานจลน์ของอนุภาคของร่างกายและภายใต้คือพลังงานศักย์ของพวกมัน

จำบทเรียนก่อนหน้านี้ที่เราพูดถึงความจริงที่ว่าการเคลื่อนที่ของอนุภาคในร่างกายบ่งบอกถึงอุณหภูมิของมัน ในทางกลับกัน พลังงานภายในของร่างกายนั้นสัมพันธ์กับธรรมชาติ (กิจกรรม) ของการเคลื่อนที่ของอนุภาค ดังนั้นพลังงานภายในและอุณหภูมิจึงเป็นแนวคิดที่สัมพันธ์กัน เมื่ออุณหภูมิร่างกายสูงขึ้น พลังงานภายในก็เพิ่มขึ้นด้วย และเมื่ออุณหภูมิลดลง พลังงานจะลดลง

เราพบว่าพลังงานภายในร่างกายสามารถเปลี่ยนแปลงได้ พิจารณาวิธีการเปลี่ยนพลังงานภายในร่างกาย

คุณคุ้นเคยกับแนวคิดของงานกลไกของร่างกายแล้ว ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวของร่างกายเมื่อมีการใช้แรงบางอย่างกับร่างกาย หากมีการทำงานเกี่ยวกับกลไก พลังงานของร่างกายจะเปลี่ยนไป และสามารถพูดได้เช่นเดียวกันนี้โดยเฉพาะเกี่ยวกับพลังงานภายในร่างกาย สะดวกในการอธิบายสิ่งนี้ในไดอะแกรม:

ครู ผู้คนรู้จักวิธีการเพิ่มพลังงานภายในของร่างกายในระหว่างการเสียดสีกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ นี่คือวิธีที่ผู้คนก่อไฟ การทำงานในเวิร์กช็อป เช่น การเปลี่ยนชิ้นส่วนด้วยไฟล์ สิ่งที่สามารถสังเกตได้? (ชิ้นส่วนที่ร้อนขึ้น). เมื่อคนเป็นหวัดเขาเริ่มตัวสั่นโดยไม่สมัครใจ ทำไมคุณถึงคิด? (อาการสั่นทำให้กล้ามเนื้อหดตัว เนื่องจากการทำงานของกล้ามเนื้อพลังงานภายในร่างกายเพิ่มขึ้นจึงอุ่นขึ้น). ข้อสรุปอะไรที่สามารถดึงออกมาจากสิ่งที่พูดไป?

นักเรียน . พลังงานภายในร่างกายเปลี่ยนไปเมื่อทำงานเสร็จ หากร่างกายทำงานเอง พลังงานภายในจะลดลง และหากร่างกายทำงานเสร็จ พลังงานภายในก็จะเพิ่มขึ้น

ครู . ในด้านเทคโนโลยี อุตสาหกรรม การปฏิบัติในชีวิตประจำวัน เราพบกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในร่างกายตลอดเวลาเมื่อทำงาน: ความร้อนของร่างกายในระหว่างการตีขึ้นรูป เมื่อกระทบ; ทำงานกับอากาศอัดหรือไอน้ำ.

มาพักสมองและเรียนรู้ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจจากประวัติปรากฏการณ์ทางความร้อนไปพร้อมๆ กัน (นักเรียนสองคนเตรียมการนำเสนอสั้นๆ ไว้ล่วงหน้า)

ข้อความ 1 . ปาฏิหาริย์เกิดขึ้นได้อย่างไร?

ช่างเครื่องชาวกรีกโบราณ Heron of Alexandria ผู้ประดิษฐ์น้ำพุที่มีชื่อของเขา ได้อธิบายวิธีการอันชาญฉลาดสองวิธีที่นักบวชอียิปต์หลอกลวงประชาชน และสร้างแรงบันดาลใจให้พวกเขาเชื่อในปาฏิหาริย์
ในรูปที่ 1 คุณเห็นแท่นบูชาโลหะกลวง และด้านล่างเป็นกลไกที่ซ่อนอยู่ในดันเจี้ยนซึ่งกำหนดประตูของวิหารให้เคลื่อนไหว แท่นบูชายืนอยู่ด้านนอก เมื่อไฟลุกโชน อากาศภายในแท่นบูชาเนื่องจากความร้อน ดันน้ำในภาชนะที่ซ่อนอยู่ใต้พื้นให้แรงขึ้น น้ำถูกผลักออกจากถังผ่านท่อและเทลงในถังซึ่งเมื่อลงมาจะเปิดใช้งานกลไกที่หมุนประตู (รูปที่ 2) ผู้ชมที่ตื่นตาตื่นใจ ไม่รู้ถึงสิ่งก่อสร้างที่ซ่อนอยู่ใต้พื้น มองเห็น "ปาฏิหาริย์" ต่อหน้าพวกเขา ทันทีที่ไฟลุกโชนบนแท่นบูชา ประตูของวัด "การฟังคำอธิษฐานของนักบวช" ก็สลายไปราวกับ ด้วยตัวเอง...

การเปิดเผย "ปาฏิหาริย์" ของนักบวชชาวอียิปต์: ประตูของวิหารถูกเปิดออกโดยการกระทำของไฟบูชายัญ

ข้อความที่ 2 ปาฏิหาริย์เกิดขึ้นได้อย่างไร?

ปาฏิหาริย์ในจินตนาการอีกอันที่จัดโดยนักบวชแสดงในรูปที่ 3. เมื่อเปลวไฟลุกโชติช่วงบนแท่นบูชา อากาศขยายตัว นำน้ำมันจากอ่างล่างเข้าสู่ท่อที่ซ่อนอยู่ภายในร่างของนักบวช แล้วน้ำมันก็เทลงในกองไฟอย่างอัศจรรย์ ... แต่ทันทีที่ นักบวชที่ดูแลแท่นบูชานี้ถอดถังไม้ก๊อกอย่างเงียบ ๆ - และน้ำมันหยุดไหล (เพราะอากาศส่วนเกินไหลผ่านรูได้อย่างอิสระ); พวกปุโรหิตใช้อุบายนี้เมื่อเครื่องบูชาของผู้บูชามีน้อยเกินไป

ครู. เราทุกคนรู้จักชายามเช้า! เป็นเรื่องดีมากที่ได้ชงชา เทน้ำตาลลงในถ้วยแล้วดื่มเล็กน้อยด้วยช้อนเล็กๆ เสียอย่างเดียว - ช้อนร้อนเกินไป! เกิดอะไรขึ้นกับช้อน? ทำไมอุณหภูมิของเธอถึงสูงขึ้น? ทำไมพลังภายในของเธอถึงเพิ่มขึ้น? เราทำงานกับมันหรือไม่?

นักเรียน . ไม่ พวกเขาไม่ได้

ครู . มาดูกันว่าทำไมมีการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน

ในขั้นต้น อุณหภูมิของน้ำจะสูงกว่าอุณหภูมิของช้อน ดังนั้นความเร็วของโมเลกุลของน้ำจึงมากกว่า ซึ่งหมายความว่าโมเลกุลของน้ำมีพลังงานจลน์มากกว่าอนุภาคโลหะที่ใช้ทำช้อน เมื่อชนกับอนุภาคโลหะ โมเลกุลของน้ำจะถ่ายเทพลังงานส่วนหนึ่งของพวกมันไปยังพวกมัน และพลังงานจลน์ของอนุภาคโลหะจะเพิ่มขึ้น และพลังงานจลน์ของโมเลกุลน้ำจะลดลง วิธีการเปลี่ยนพลังงานภายในร่างกายนี้เรียกว่าการถ่ายเทความร้อน . ในชีวิตประจำวันของเรา เรามักจะพบกับปรากฏการณ์นี้ ตัวอย่างเช่น ในน้ำ เมื่อนอนบนพื้นหรือบนหิมะ ร่างกายจะเย็นลง ซึ่งอาจนำไปสู่ความหนาวเย็นหรืออาการบวมเป็นน้ำเหลือง เป็ดจะปีนขึ้นไปในน้ำด้วยความเต็มใจ ทำไมคุณถึงคิด? (ในช่วงที่มีน้ำค้างแข็งรุนแรง อุณหภูมิของน้ำจะสูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อมมาก ดังนั้นนกจะเย็นในน้ำน้อยกว่าในอากาศ).การถ่ายเทความร้อนทำได้หลายวิธี แต่เราจะพูดถึงเรื่องนี้ในบทเรียนหน้า

ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในจึงเป็นไปได้สองวิธี อย่างไหน?

นักเรียน . งานเสร็จแล้วถ่ายเทความร้อน

การรวมวัสดุที่ศึกษาตอนนี้เรามาดูกันว่าคุณได้เรียนรู้เนื้อหาใหม่ของบทเรียนวันนี้ดีแค่ไหน. ฉันจะถามคำถามและคุณจะพยายามตอบคำถามเหล่านั้น

คำถามที่ 1 . น้ำเย็นเทลงในแก้วหนึ่งแก้วเทน้ำเดือดในปริมาณเท่ากันอีกแก้วหนึ่ง แก้วใดมีพลังงานภายในมากกว่ากัน? (ในวินาทีเพราะอุณหภูมิสูงขึ้น).

คำถามที่ 2 แท่งทองแดงสองแท่งมีอุณหภูมิเท่ากัน แต่มวลของอันหนึ่งคือ 1 กก. และอีกอันหนึ่งคือ 0.5 กก. แท่งใดแท่งหนึ่งที่ให้พลังงานภายในมากกว่ากัน (ประการแรกเพราะมวลของมันมากกว่า)

คำถามที่ 3 ค้อนจะร้อนขึ้นเมื่อถูกกระแทก เช่น บนทั่งตีนตะขาบ และเมื่ออยู่กลางแดดในวันฤดูร้อน บอกวิธีการเปลี่ยนพลังงานภายในของค้อนในทั้งสองกรณี (ในกรณีแรก งานเสร็จสิ้น และในกรณีที่สอง การถ่ายเทความร้อน)

คำถามที่ 4 . น้ำถูกเทลงในเหยือกโลหะ การกระทำใดต่อไปนี้เปลี่ยนพลังงานภายในของน้ำ (สิบสาม)

1. น้ำร้อนบนเตาร้อน
2. ทำงานบนน้ำ นำมันเข้าสู่การเคลื่อนที่แบบแปลนพร้อมกับเหยือกน้ำ
3. การทำงานกับน้ำโดยการผสมกับเครื่องผสม

ครู . และตอนนี้ฉันแนะนำให้คุณทำงานด้วยตัวเอง (นักเรียนแบ่งเป็น 6 กลุ่ม และงานต่อไปจะดำเนินการเป็นกลุ่ม) ข้างหน้าคุณคือแผ่นกระดาษที่มีสามภารกิจ

แบบฝึกหัดที่ 1 อะไรคือสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของร่างกายในปรากฏการณ์ต่อไปนี้:

1. น้ำร้อนพร้อมหม้อไอน้ำ
2. อาหารเย็นที่วางไว้ในตู้เย็น
3. การจุดไฟของไม้ขีดเมื่อชนกับกล่อง
4. ความร้อนและการเผาไหม้ที่รุนแรงของดาวเทียมประดิษฐ์ของโลกเมื่อเข้าสู่ชั้นบรรยากาศที่มีความหนาแน่นต่ำกว่า
5. หากคุณงอลวดอย่างรวดเร็วในที่เดียวกันจากนั้นไปในทิศทางเดียวจากนั้นไปอีกทางหนึ่งสถานที่แห่งนี้จะร้อนมาก
6. ทำอาหาร;
7. หากคุณสไลด์ลงจากเสาหรือเชือกอย่างรวดเร็ว คุณสามารถทำให้มือไหม้ได้
8. อุ่นน้ำในสระในวันฤดูร้อน
9. เมื่อตอกตะปู หมวกจะร้อน
10. ไม้ขีดจะจุดไฟเมื่อวางในเปลวเทียน

สำหรับสองกลุ่ม - ในระหว่างการเสียดสี อีกสองกลุ่ม - ที่กระทบและอีกสองกลุ่ม - เกี่ยวกับการบีบอัด

การสะท้อนกลับ.

• วันนี้คุณเรียนรู้สิ่งใหม่ที่น่าสนใจอะไรบ้างในบทเรียนนี้
• คุณได้รับเนื้อหาที่เรียนรู้ได้อย่างไร
• ความยากลำบากคืออะไร? คุณสามารถเอาชนะพวกเขาได้หรือไม่?
• ความรู้ที่ได้รับในบทเรียนวันนี้จะเป็นประโยชน์กับคุณหรือไม่?

สรุปบทเรียน.วันนี้เราได้ทำความคุ้นเคยกับแนวคิดพื้นฐานของหัวข้อ "ปรากฏการณ์ความร้อน" พลังงานภายในและการถ่ายเทความร้อน และทำความคุ้นเคยกับวิธีการเปลี่ยนพลังงานภายในของร่างกาย ความรู้ที่ได้รับจะช่วยให้คุณอธิบายและทำนายกระบวนการทางความร้อนที่คุณจะพบในชีวิตของคุณ

การบ้าน. § 2, 3. งานทดลอง:

1. วัดอุณหภูมิของน้ำที่เทลงในขวดโหลหรือขวดด้วยเทอร์โมมิเตอร์แบบใช้เองที่บ้าน
   ปิดภาชนะให้แน่นแล้วเขย่าอย่างแรงเป็นเวลา 10–15 นาที หลังจากนั้นให้วัดอุณหภูมิอีกครั้ง
   เพื่อป้องกันการถ่ายเทความร้อนจากมือของคุณ ให้สวมถุงมือหรือห่อภาชนะด้วยผ้าขนหนู
   คุณใช้วิธีใดในการเปลี่ยนพลังงานภายใน อธิบาย.
2. ใช้หนังยางผูกแหวนแล้วแปะเทปไว้ที่หน้าผากแล้วสังเกตอุณหภูมิ ใช้นิ้วจับยางยืดออกแรงหลายๆ ครั้ง แล้วกดลงที่หน้าผากอีกครั้งในลักษณะเหยียด สรุปเกี่ยวกับอุณหภูมิและสาเหตุที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง

ดูตัวอย่าง:

หากต้องการใช้การแสดงตัวอย่างการนำเสนอ ให้สร้างบัญชี Google (บัญชี) ของคุณเองและลงชื่อเข้าใช้:

ตามข้อมูลของ MKT สารทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคที่มีการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนอย่างต่อเนื่องและมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ดังนั้นแม้ว่าร่างกายจะไม่เคลื่อนไหวและมีพลังงานศักย์เป็นศูนย์ แต่ก็มีพลังงาน (พลังงานภายใน) ซึ่งเป็นพลังงานทั้งหมดของการเคลื่อนไหวและปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคขนาดเล็กที่ประกอบขึ้นเป็นร่างกาย องค์ประกอบของพลังงานภายในประกอบด้วย:

1. พลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่เชิงแปล การหมุน และการสั่นสะเทือนของโมเลกุล
2. พลังงานศักย์ของปฏิกิริยาของอะตอมและโมเลกุล
3. พลังงานภายในอะตอมและภายในนิวเคลียร์

ในอุณหพลศาสตร์ จะพิจารณากระบวนการที่อุณหภูมิซึ่งการเคลื่อนที่แบบสั่นของอะตอมในโมเลกุลจะไม่ตื่นเต้น กล่าวคือ ที่อุณหภูมิไม่เกิน 1,000 K เฉพาะสององค์ประกอบแรกของพลังงานภายในที่เปลี่ยนแปลงในกระบวนการเหล่านี้ ดังนั้น

ภายใต้ กำลังภายในในอุณหพลศาสตร์ พวกเขาเข้าใจผลรวมของพลังงานจลน์ของโมเลกุลและอะตอมทั้งหมดของร่างกายและพลังงานศักย์ของการปฏิสัมพันธ์

พลังงานภายในของร่างกายกำหนดสถานะความร้อนและการเปลี่ยนแปลงระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง ในสภาวะที่กำหนด ร่างกายมีพลังงานภายในที่ชัดเจน เป็นอิสระจากกระบวนการที่ส่งผ่านไปยังสถานะนี้ ดังนั้นพลังงานภายในจึงมักถูกเรียกว่า การทำงานของร่างกาย.

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

ที่ไหน ฉัน- ระดับของเสรีภาพ สำหรับก๊าซโมโนโทมิก (เช่น ก๊าซเฉื่อย) ฉัน= 3 สำหรับไดอะตอม - ฉัน = 5.

จากสูตรเหล่านี้จะเห็นได้ว่าพลังงานภายในของก๊าซในอุดมคติ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและจำนวนโมเลกุลเท่านั้นและไม่ขึ้นกับปริมาตรหรือแรงดัน ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของก๊าซในอุดมคติจึงถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเท่านั้นและไม่ขึ้นอยู่กับลักษณะของกระบวนการที่ก๊าซผ่านจากสถานะหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง:

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

ที่ไหน ∆ ตู่ = ตู่ 2 - ตู่ 1 .

• โมเลกุลของก๊าซจริงมีปฏิกิริยาต่อกัน จึงมีพลังงานศักย์ W p ซึ่งขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างโมเลกุลและด้วยเหตุนี้กับปริมาตรที่ก๊าซครอบครอง ดังนั้นพลังงานภายในของก๊าซจริงจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ปริมาตร และโครงสร้างโมเลกุล

*ที่มาของสูตร

พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุล \(~\left\langle W_k \right\rangle = \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T\)

จำนวนโมเลกุลในแก๊ส \(~N = \dfrac (m)(M) \cdot N_A\)

ดังนั้น พลังงานภายในของก๊าซอุดมคติ

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

ระบุว่า k⋅N A= Rคือค่าคงที่แก๊สสากลที่เรามี

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

การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน

ในการแก้ปัญหาเชิงปฏิบัติ ไม่ใช่พลังงานภายในที่มีบทบาทสำคัญ แต่การเปลี่ยนแปลงของพลังงานนั้น Δ ยู = ยู 2 - ยูหนึ่ง . การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในคำนวณตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน

พลังงานภายในร่างกายสามารถเปลี่ยนแปลงได้สองวิธี:

1. เมื่อทำ งานเครื่องกล. ก) หากแรงภายนอกทำให้เกิดการเสียรูปของร่างกาย ระยะห่างระหว่างอนุภาคที่ประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลง และด้วยเหตุนี้ พลังงานศักย์ของปฏิกิริยาของอนุภาคจึงเปลี่ยนไป ด้วยการเปลี่ยนรูปที่ไม่ยืดหยุ่น นอกจากนี้ อุณหภูมิของร่างกายจะเปลี่ยนแปลง เช่น พลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่เชิงความร้อนของอนุภาคเปลี่ยนไป แต่เมื่อร่างกายเสียรูป งานก็เสร็จ ซึ่งเป็นการวัดการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในร่างกาย ข) พลังงานภายในของร่างกายก็เปลี่ยนแปลงเช่นกันระหว่างการชนกันแบบไม่ยืดหยุ่นกับอีกวัตถุหนึ่ง ดังที่เราเห็นก่อนหน้านี้ ในระหว่างการชนกันของร่างกายที่ไม่ยืดหยุ่น พลังงานจลน์ของพวกมันลดลง มันจะกลายเป็นพลังงานภายใน (ตัวอย่างเช่น หากคุณตีลวดที่วางอยู่บนทั่งหลายครั้งด้วยค้อน ลวดจะร้อนขึ้น) การวัดการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์ของร่างกายเป็นไปตามทฤษฎีบทพลังงานจลนศาสตร์ซึ่งเป็นงานของแรงกระทำ งานนี้ยังสามารถใช้เป็นตัวชี้วัดการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน c) การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของร่างกายเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของแรงเสียดทานเนื่องจากตามที่ทราบจากประสบการณ์แรงเสียดทานมักจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของร่างกายที่ถู การทำงานของแรงเสียดทานสามารถทำหน้าที่เป็นตัววัดการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน
2. ด้วยความช่วยเหลือ การถ่ายเทความร้อน. ตัวอย่างเช่น หากร่างกายถูกวางไว้ในเปลวไฟ อุณหภูมิของร่างกายจะเปลี่ยนแปลง ดังนั้นพลังงานภายในก็จะเปลี่ยนไปด้วย อย่างไรก็ตาม ที่นี่ไม่ได้ดำเนินการใดๆ เนื่องจากไม่มีการเคลื่อนไหวที่มองเห็นได้ของร่างกายหรือส่วนต่างๆ ของร่างกาย

การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบโดยไม่ทำงานเรียกว่า การแลกเปลี่ยนความร้อน(การถ่ายเทความร้อน).

การถ่ายเทความร้อนมีสามประเภท: การนำความร้อน การพาความร้อน และการแผ่รังสี

ก) การนำความร้อนเป็นกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างร่างกาย (หรือส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย) ในการสัมผัสโดยตรงเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคของร่างกายโดยความร้อน แอมพลิจูดของการสั่นของโมเลกุลของวัตถุที่เป็นของแข็งนั้นยิ่งใหญ่กว่าอุณหภูมิก็จะสูงขึ้น ค่าการนำความร้อนของก๊าซเกิดจากการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างโมเลกุลของแก๊สระหว่างการชนกัน ในกรณีของของเหลวกลไกทั้งสองทำงาน ค่าการนำความร้อนของสารมีค่าสูงสุดในสถานะของแข็งและค่าต่ำสุดในสถานะก๊าซ

ข) การพาความร้อนคือการถ่ายเทความร้อนโดยกระแสความร้อนของของเหลวหรือก๊าซจากส่วนหนึ่งของปริมาตรที่พวกมันครอบครองไปยังอีกส่วนหนึ่ง

ค) การถ่ายเทความร้อนที่ รังสีดำเนินการในระยะไกลโดยใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการเปลี่ยนพลังงานภายใน

งานเครื่องกล

เมื่อพิจารณาถึงกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ จะไม่พิจารณาการเคลื่อนที่เชิงกลของมาโครบอดี้โดยรวม แนวคิดของการทำงานที่นี่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรของร่างกาย กล่าวคือ ส่วนที่เคลื่อนที่ของ Macrobody สัมพันธ์กัน กระบวนการนี้นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในระยะห่างระหว่างอนุภาค และมักจะเปลี่ยนความเร็วของการเคลื่อนที่ ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงในพลังงานภายในของร่างกาย

กระบวนการไอโซบาริก

พิจารณากระบวนการไอโซบาริกก่อน ปล่อยให้มีก๊าซในกระบอกสูบที่มีลูกสูบเคลื่อนที่ได้ที่อุณหภูมิ ตู่ 1 (รูปที่ 1).

เราจะค่อยๆ อุ่นแก๊สให้มีอุณหภูมิ ตู่ 2. แก๊สจะขยายตัวแบบไอโซบาริกและลูกสูบจะเคลื่อนจากตำแหน่ง 1 เข้าสู่ตำแหน่ง 2 ระยะทาง . l. ในกรณีนี้ แรงดันของแก๊สจะทำงานบนวัตถุภายนอก เนื่องจาก พี= const แล้วแรงดัน F = p⋅Sยังคงที่ ดังนั้นงานของแรงนี้สามารถคำนวณได้โดยสูตร

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

ที่ไหน ∆ วี- การเปลี่ยนแปลงปริมาณก๊าซ

• หากปริมาตรของแก๊สไม่เปลี่ยนแปลง (กระบวนการไอโซโคริก) แสดงว่างานที่ทำโดยแก๊สนั้นเป็นศูนย์

• แก๊สทำงานเฉพาะในกระบวนการเปลี่ยนปริมาตรเท่านั้น

เมื่อขยาย (Δ วี> 0) งานด้านบวกเสร็จสิ้นกับก๊าซ ( แต่> 0); ภายใต้การบีบอัด (Δ วี < 0) газа совершается отрицательная работа (แต่ < 0).

• หากเราพิจารณาการทำงานของแรงภายนอก อา " (แต่ " = –แต่) จากนั้นด้วยการขยาย (Δ วี> 0) แก๊ส แต่ " < 0); при сжатии (Δวี < 0) แต่ " > 0.

มาเขียนสมการ Clapeyron-Mendeleev สำหรับสถานะก๊าซสองสถานะกัน:

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

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

ดังนั้นที่ กระบวนการไอโซบาริก

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

ถ้า ν = 1 โมล แล้วที่ Δ Τ = 1 K เราได้สิ่งนั้น Rมีค่าเท่ากับ อา.

จึงตามมา ความหมายทางกายภาพของค่าคงที่แก๊สสากล: เป็นตัวเลขเท่ากับงานที่ทำโดยแก๊สอุดมคติ 1 โมลเมื่อให้ความร้อนแบบไอโซบาราโดย 1 K

ไม่ใช่กระบวนการไอโซบาริก

บนชาร์ต พี (วี) ในกระบวนการ isobaric งานเท่ากับพื้นที่ของสี่เหลี่ยมที่แรเงาในรูปที่ 2, a.

ถ้ากระบวนการ ไม่ใช่ไอโซบาริก(รูปที่ 2, b) จากนั้นเส้นโค้งฟังก์ชัน พี = ฉ(วี) สามารถแสดงเป็นเส้นที่ขาดซึ่งประกอบด้วยไอโซคอร์และไอโซบาร์จำนวนมาก งานในส่วน isochoric เท่ากับศูนย์ และงานทั้งหมดในส่วน isobaric ทั้งหมดจะเท่ากับ

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

เหล่านั้น. จะเท่ากับ พื้นที่ของรูปแรเงา.

ที่ กระบวนการไอโซเทอร์มอล (ตู่= const) งานเท่ากับพื้นที่ของรูปแรเงาที่แสดงในรูปที่ 2, c.

เป็นไปได้ที่จะกำหนดงานโดยใช้สูตรสุดท้ายก็ต่อเมื่อทราบว่าแรงดันแก๊สเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อปริมาตรเปลี่ยนแปลงเช่น รูปแบบของฟังก์ชันเป็นที่รู้จัก พี = ฉ(วี).

ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนว่าแม้จะมีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรก๊าซเท่ากัน แต่งานจะขึ้นอยู่กับวิธีการเปลี่ยน (เช่น ในกระบวนการ: ความร้อนคงที่, ไอโซบาริก ...) จากสถานะเริ่มต้นของก๊าซจนถึงสถานะสุดท้าย จึงสามารถสรุปได้ว่า

• การทำงานในอุณหพลศาสตร์เป็นฟังก์ชันของกระบวนการ ไม่ใช่ฟังก์ชันสถานะ

ปริมาณความร้อน

ดังที่คุณทราบ ในระหว่างกระบวนการทางกลต่างๆ มีการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกล W. การวัดการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกลคืองานของแรงที่ใช้กับระบบ:

\(~\DeltaW = ก.\)

ในระหว่างการถ่ายเทความร้อนจะเกิดการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในร่างกาย การวัดการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในระหว่างการถ่ายเทความร้อนคือปริมาณความร้อน

ปริมาณความร้อนเป็นการวัดการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในระหว่างการถ่ายเทความร้อน

ดังนั้นทั้งงานและปริมาณความร้อนแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน แต่ไม่เหมือนกับพลังงานภายใน พวกเขาไม่ได้กำหนดลักษณะสถานะของระบบเอง (ตามที่พลังงานภายในทำ) แต่กำหนดกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงพลังงานจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่ง (จากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างหนึ่ง) เมื่อสถานะเปลี่ยนแปลงและโดยพื้นฐานแล้วขึ้นอยู่กับธรรมชาติของกระบวนการ

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างงานกับความร้อนคือ

• งานแสดงลักษณะของกระบวนการเปลี่ยนพลังงานภายในของระบบพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจากประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่ง (จากกลไกเป็นภายใน)
• ปริมาณความร้อนเป็นตัวกำหนดลักษณะของกระบวนการถ่ายโอนพลังงานภายในจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่ง (จากความร้อนมากขึ้นไปจนถึงความร้อนน้อยลง) ไม่ได้มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน

เครื่องทำความร้อน (เย็น)

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการทำให้ร่างกายร้อนด้วยมวล มอุณหภูมิ ตู่ 1 ถึงอุณหภูมิ ตู่ 2 คำนวณโดยสูตร

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

ที่ไหน ค- ความจุความร้อนจำเพาะของสาร (ค่าตาราง)

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

หน่วย SI ของความร้อนจำเพาะคือจูลต่อกิโลกรัม-เคลวิน (J/(kg K))

ความร้อนจำเพาะ คเป็นตัวเลขเท่ากับปริมาณความร้อนที่ต้องส่งให้กับวัตถุมวล 1 กิโลกรัมเพื่อให้ความร้อน 1 K

นอกจากความจุความร้อนจำเพาะแล้ว ยังพิจารณาปริมาณเช่นความจุความร้อนของร่างกายด้วย

ความจุความร้อนร่างกาย คตัวเลขเท่ากับปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเปลี่ยนอุณหภูมิของร่างกาย 1 K:

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

หน่วย SI ของความจุความร้อนของร่างกายคือจูลต่อเคลวิน (J/K)

การกลายเป็นไอ (การควบแน่น)

ในการเปลี่ยนของเหลวให้เป็นไอที่อุณหภูมิคงที่ ปริมาณความร้อนที่ต้องการคือ

\(~Q = L\cdot ม.,\)

ที่ไหน หลี่- ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ (ค่าตาราง) เมื่อไอน้ำควบแน่น จะปล่อยความร้อนในปริมาณเท่ากัน

หน่วย SI สำหรับความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอคือจูลต่อกิโลกรัม (J/kg)

หลอมเหลว (ตกผลึก)

เพื่อที่จะหลอมตัวเป็นผลึกด้วยมวล มที่จุดหลอมเหลว ร่างกายจำเป็นต้องรายงานปริมาณความร้อน

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

ที่ไหน λ - ความร้อนจำเพาะของการหลอมเหลว (ค่าตาราง) ในระหว่างการตกผลึกของร่างกายจะมีการปล่อยความร้อนในปริมาณเท่ากัน

หน่วย SI สำหรับความร้อนจำเพาะของการหลอมเหลวคือจูลต่อกิโลกรัม (J/kg)

การเผาไหม้เชื้อเพลิง

ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ของมวลเชื้อเพลิง ม,

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

ที่ไหน q- ความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้ (ค่าตาราง)

หน่วย SI สำหรับความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้คือจูลต่อกิโลกรัม (J/kg)

วรรณกรรม

Aksenovich L.A. ฟิสิกส์ในโรงเรียนมัธยม: ทฤษฎี งาน การทดสอบ: Proc. เบี้ยเลี้ยงสำหรับสถาบันที่ให้บริการทั่วไป สิ่งแวดล้อม, การศึกษา / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; เอ็ด เค.เอส.ฟาริโน - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 129-133, 152-161.

หัวข้อของตัวแปลงรหัส USEคำสำคัญ : พลังงานภายใน การถ่ายเทความร้อน ชนิดของการถ่ายเทความร้อน

อนุภาคของร่างกายใด ๆ - อะตอมหรือโมเลกุล - ทำการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องที่วุ่นวาย (ที่เรียกว่า การเคลื่อนที่ด้วยความร้อน). ดังนั้นแต่ละอนุภาคจึงมีพลังงานจลน์อยู่บ้าง

นอกจากนี้ อนุภาคของสสารมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันโดยแรงดึงดูดและแรงผลักทางไฟฟ้า เช่นเดียวกับผ่านแรงนิวเคลียร์ ดังนั้นทั้งระบบของอนุภาคของร่างกายที่กำหนดก็มีพลังงานศักย์เช่นกัน

พลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่เชิงความร้อนของอนุภาคและพลังงานศักย์ของการปฏิสัมพันธ์กันก่อให้เกิดพลังงานรูปแบบใหม่ที่ไม่ลดเหลือเป็นพลังงานกลของร่างกาย (กล่าวคือ พลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่ของร่างกายโดยรวมและ พลังงานศักย์ของการมีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุอื่น) พลังงานประเภทนี้เรียกว่าพลังงานภายใน

พลังงานภายในร่างกายคือพลังงานจลน์ทั้งหมดของการเคลื่อนที่เชิงความร้อนของอนุภาค บวกกับพลังงานศักย์ของการมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน.

พลังงานภายในของระบบเทอร์โมไดนามิกคือผลรวมของพลังงานภายในของวัตถุที่รวมอยู่ในระบบ.

ดังนั้นพลังงานภายในของร่างกายจึงเกิดขึ้นจากเงื่อนไขต่อไปนี้

1. พลังงานจลน์ของการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายอย่างต่อเนื่องของอนุภาคในร่างกาย
2. พลังงานศักย์ของโมเลกุล (อะตอม) เนื่องจากแรงของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล
3. พลังงานของอิเล็กตรอนในอะตอม
4. พลังงานภายในนิวเคลียร์

ในกรณีของแบบจำลองที่ง่ายที่สุดของสสาร - ก๊าซในอุดมคติ - สามารถหาสูตรที่ชัดเจนสำหรับพลังงานภายในได้

พลังงานภายในของก๊าซอุดมคติเชิงเดี่ยว

พลังงานศักย์ของปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคของก๊าซในอุดมคติคือศูนย์ (โปรดจำไว้ว่าในแบบจำลองก๊าซในอุดมคติ เราละเลยปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคในระยะไกล) ดังนั้นพลังงานภายในของก๊าซในอุดมคติของโมโนโทมิกจึงลดลงเป็นพลังงานจลน์ทั้งหมดของการแปล (สำหรับก๊าซ polyatomic จะต้องคำนึงถึงการหมุนของโมเลกุลและการสั่นสะเทือนของอะตอมภายในโมเลกุลด้วย) ของอะตอมด้วย พลังงานนี้สามารถหาได้จากการคูณจำนวนอะตอมของก๊าซด้วยพลังงานจลน์เฉลี่ยของหนึ่งอะตอม:

เราเห็นว่าพลังงานภายในของก๊าซในอุดมคติ (ซึ่งมวลและองค์ประกอบทางเคมีไม่เปลี่ยนแปลง) เป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิเท่านั้น สำหรับก๊าซ ของเหลว หรือของแข็งจริง พลังงานภายในจะขึ้นอยู่กับปริมาตรด้วย เมื่อปริมาตรเปลี่ยนไป ตำแหน่งสัมพัทธ์ของอนุภาคจะเปลี่ยนไป และเป็นผลให้พลังงานศักย์ของการปฏิสัมพันธ์ของพวกมันเปลี่ยนไป

ฟังก์ชันสถานะ

คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของพลังงานภายในก็คือ ฟังก์ชั่นของรัฐระบบอุณหพลศาสตร์ กล่าวคือ พลังงานภายในถูกกำหนดโดยชุดของพารามิเตอร์มหภาคที่กำหนดลักษณะเฉพาะของระบบและไม่ขึ้นอยู่กับ "ยุคก่อนประวัติศาสตร์" ของระบบ กล่าวคือ เกี่ยวกับสถานะที่ระบบเคยเป็นมาก่อนและสิ้นสุดลงในสถานะนี้โดยเฉพาะอย่างไร

ดังนั้น ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงของระบบจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในจะถูกกำหนดโดยสถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของระบบและ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับจากเส้นทางการเปลี่ยนแปลงจากสถานะเริ่มต้นไปสู่ขั้นสุดท้าย หากระบบกลับสู่สถานะเดิม การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในจะเป็นศูนย์

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่ามีเพียงสองวิธีในการเปลี่ยนพลังงานภายในร่างกาย:

ทำงานเครื่องกล
การถ่ายเทความร้อน.

พูดง่ายๆ ก็คือ คุณสามารถให้ความร้อนแก่กาต้มน้ำได้ด้วยวิธีพื้นฐานที่แตกต่างกันเพียงสองวิธี: ถูกับบางสิ่งบางอย่างหรือจุดไฟ :-) มาพิจารณาวิธีการเหล่านี้ในรายละเอียดเพิ่มเติมกัน

การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน: การทำงาน

ถ้างานเสร็จ ข้างต้นร่างกายพลังงานภายในของร่างกายเพิ่มขึ้น

ตัวอย่างเช่น ตะปูหลังจากถูกกระแทกด้วยค้อนจะร้อนขึ้นและทำให้เสียรูปเล็กน้อย แต่อุณหภูมิเป็นตัววัดพลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาคของร่างกาย การให้ความร้อนกับตะปูบ่งบอกถึงการเพิ่มขึ้นของพลังงานจลน์ของอนุภาค: อันที่จริง อนุภาคจะถูกเร่งโดยการกระแทกด้วยค้อนและการเสียดสีของตะปูกับกระดาน

การเสียรูปไม่ได้เป็นเพียงการกระจัดของอนุภาคที่สัมพันธ์กัน หลังจากการกระแทก เล็บจะเกิดการเสียรูปจากการกดทับ อนุภาคของเล็บเข้าใกล้กัน แรงผลักระหว่างกันเพิ่มขึ้น และสิ่งนี้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของพลังงานศักย์ของอนุภาคของเล็บ

ดังนั้นพลังงานภายในของเล็บจึงเพิ่มขึ้น นี่เป็นผลมาจากงานที่ทำ - งานทำโดยค้อนและแรงเสียดทานบนกระดาน

ถ้างานเสร็จ ด้วยตัวเองร่างกายจึงทำให้พลังงานภายในร่างกายลดลง

ให้ตัวอย่างเช่น อากาศอัดในถังฉนวนความร้อนภายใต้ลูกสูบขยายและยกน้ำหนักบางอย่างจึงทำงาน (กระบวนการในถังฉนวนความร้อนเรียกว่า อะเดียแบติก. เราจะศึกษากระบวนการอะเดียแบติกโดยพิจารณาจากกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์) ในระหว่างกระบวนการดังกล่าว อากาศจะถูกทำให้เย็นลง - โมเลกุลของมัน กระแทกหลังจากลูกสูบเคลื่อนที่ ให้พลังงานจลน์เป็นส่วนหนึ่งของมัน (ในทำนองเดียวกัน นักฟุตบอลที่หยุดลูกบอลที่บินเร็วด้วยเท้าของเขา เคลื่อนไหวด้วยเท้าของเขาเอง จากลูกบอลและดับความเร็ว) ดังนั้นพลังงานภายในของอากาศจึงลดลง

อากาศจึงทำงานเนื่องจากพลังงานภายใน เนื่องจากภาชนะมีฉนวนความร้อน จึงไม่มีพลังงานไหลเข้าสู่อากาศจากแหล่งภายนอกใดๆ และอากาศสามารถดึงพลังงานให้ทำงานเฉพาะจากแหล่งสำรองของตัวเองเท่านั้น

การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน: การถ่ายเทความร้อน

การถ่ายเทความร้อนเป็นกระบวนการถ่ายเทพลังงานภายในจากวัตถุที่ร้อนกว่าไปยังพลังงานที่เย็นกว่า ซึ่งไม่สัมพันธ์กับประสิทธิภาพของงานเครื่องกล. การถ่ายเทความร้อนสามารถทำได้โดยการสัมผัสร่างกายโดยตรง หรือผ่านตัวกลาง (และแม้กระทั่งผ่านสุญญากาศ) การถ่ายเทความร้อนเรียกอีกอย่างว่า การแลกเปลี่ยนความร้อน.

การถ่ายเทความร้อนมีสามประเภท: การนำความร้อน การพาความร้อน และการแผ่รังสีความร้อน

ตอนนี้เราจะดูรายละเอียดเพิ่มเติม

การนำความร้อน

หากคุณเอาปลายด้านหนึ่งไปใส่ในกองไฟ อย่างที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าคุณไม่สามารถถือมันไว้ในมือได้นาน เมื่อเข้าไปในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง อะตอมของเหล็กจะเริ่มสั่นสะเทือนอย่างเข้มข้นมากขึ้น (กล่าวคือ ได้รับพลังงานจลน์เพิ่มเติม) และทำให้เพื่อนบ้านระเบิดแรงขึ้น

พลังงานจลน์ของอะตอมใกล้เคียงก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน และตอนนี้อะตอมเหล่านี้ให้พลังงานจลน์เพิ่มเติมแก่เพื่อนบ้าน ดังนั้น จากส่วนหนึ่งไปอีกส่วน ความร้อนจะค่อยๆ กระจายไปตามแท่ง - จากปลายที่ใส่ในกองไฟถึงมือของเรา นี่คือการนำความร้อน (รูปที่ 1) (รูปภาพจาก educationelectronicsusa.com)

ข้าว. 1. การนำความร้อน

การนำความร้อนคือการถ่ายโอนพลังงานภายในจากส่วนที่ร้อนกว่าของร่างกายไปยังส่วนที่ร้อนน้อยกว่าเนื่องจากการเคลื่อนที่ของความร้อนและปฏิกิริยาของอนุภาคในร่างกาย.

ค่าการนำความร้อนของสารต่างๆ จะแตกต่างกัน โลหะมีค่าการนำความร้อนสูง: เงิน ทองแดง และทองเป็นตัวนำความร้อนที่ดีที่สุด ค่าการนำความร้อนของของเหลวน้อยกว่ามาก ก๊าซนำความร้อนได้แย่มากจนเป็นฉนวนความร้อนอยู่แล้ว: เนื่องจากระยะห่างระหว่างกันมาก โมเลกุลของแก๊สจึงโต้ตอบกันเล็กน้อย นั่นคือเหตุผลที่ว่าทำไมหน้าต่างถึงสร้างเฟรมคู่: ชั้นของอากาศป้องกันความร้อนจากการหลบหนี)

ดังนั้นวัตถุที่มีรูพรุน เช่น อิฐ ขนสัตว์ หรือขนสัตว์ จึงเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดี พวกมันมีอากาศอยู่ในรูขุมขน ไม่น่าแปลกใจเลยว่าทำไมบ้านอิฐจึงถูกมองว่าเป็นบ้านที่อบอุ่นที่สุด และในสภาพอากาศหนาวเย็น ผู้คนจะสวมเสื้อโค้ทขนสัตว์และแจ็กเก็ตที่มีชั้นของขนดาวน์หรือผ้าโพลีเอสเตอร์บุนวม

แต่ถ้าอากาศนำความร้อนได้ไม่ดีนักแล้วทำไมห้องถึงอุ่นขึ้นจากแบตเตอรี่?

สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการถ่ายเทความร้อนแบบอื่น - การพาความร้อน

การพาความร้อน

การพาความร้อนคือการถ่ายโอนพลังงานภายในในของเหลวหรือก๊าซอันเป็นผลมาจากการไหลเวียนของกระแสและการผสมของสสาร.

อากาศใกล้แบตเตอรี่ร้อนขึ้นและขยายตัว แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่ออากาศนี้ยังคงเท่าเดิม แต่แรงลอยตัวจากอากาศรอบข้างเพิ่มขึ้น เพื่อให้อากาศร้อนเริ่มลอยขึ้นสู่เพดาน อากาศเย็นเข้ามาแทนที่ (กระบวนการเดียวกัน แต่ในระดับที่ยิ่งใหญ่กว่านั้นเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในธรรมชาติ: นี่คือวิธีที่ลมเกิดขึ้น) ซึ่งสิ่งเดียวกันซ้ำแล้วซ้ำอีก

เป็นผลให้มีการสร้างการไหลเวียนของอากาศซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวอย่างของการพาความร้อน - การกระจายความร้อนในห้องจะดำเนินการโดยกระแสอากาศ

กระบวนการที่คล้ายคลึงกันอย่างสมบูรณ์สามารถสังเกตได้ในของเหลว เมื่อคุณใส่กาต้มน้ำหรือหม้อใส่น้ำบนเตา น้ำจะถูกทำให้ร้อนเนื่องจากการพาความร้อนเป็นหลัก (การมีส่วนร่วมของการนำความร้อนของน้ำนั้นไม่มีนัยสำคัญมากที่นี่)

กระแสพาในอากาศและของเหลวแสดงในรูปที่ 2 (ภาพจาก Physics.arizona.edu)

ข้าว. 2. การพาความร้อน

ไม่มีการพาความร้อนในของแข็ง: แรงปฏิกิริยาของอนุภาคมีขนาดใหญ่ อนุภาคสั่นใกล้จุดเชิงพื้นที่คงที่ (โหนดของผลึกขัดแตะ) และไม่มีการไหลของสสารเกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว

สำหรับการไหลเวียนของกระแสพาความร้อนในห้องจำเป็นต้องมีอากาศร้อน มีที่ว่างให้ลอย. หากหม้อน้ำติดตั้งอยู่ใต้เพดานจะไม่มีการไหลเวียน - อากาศอุ่นจะยังคงอยู่ใต้เพดาน นั่นคือเหตุผลที่วางเครื่องทำความร้อนไว้ ข้างล่างห้องพัก ด้วยเหตุผลเดียวกัน พวกเขาจึงเปิดกาต้มน้ำ บนไฟอันเป็นผลมาจากการที่ชั้นน้ำอุ่นขึ้นทำให้เย็นลง

ในทางกลับกัน ควรวางเครื่องปรับอากาศให้สูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้: จากนั้นอากาศเย็นจะเริ่มจมและอากาศที่อุ่นกว่าจะเข้ามาแทนที่ การไหลเวียนจะไปในทิศทางตรงกันข้ามเมื่อเทียบกับการเคลื่อนที่ของกระแสเมื่อทำความร้อนในห้อง

รังสีความร้อน

โลกได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์อย่างไร? ไม่รวมการนำความร้อนและการพาความร้อน: เราถูกคั่นด้วยพื้นที่สุญญากาศ 150 ล้านกิโลเมตร

นี่คือการถ่ายเทความร้อนประเภทที่สาม - รังสีความร้อน. การแผ่รังสีสามารถแพร่กระจายได้ทั้งในสสารและในสุญญากาศ มันเกิดขึ้นได้อย่างไร?

ปรากฎว่าสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดและมีคุณสมบัติที่โดดเด่นอย่างหนึ่ง หากสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงตามเวลา มันจะสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเปลี่ยนแปลงตามเวลาด้วย (จะกล่าวถึงเรื่องนี้เพิ่มเติมในใบปลิวเรื่องการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า) ในทางกลับกันสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับจะสร้างสนามไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับอีกครั้งซึ่งจะสร้างสนามไฟฟ้ากระแสสลับอีกครั้ง ...

อันเป็นผลมาจากการพัฒนากระบวนการนี้ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า- "ขอเกี่ยว" สำหรับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กซึ่งกันและกัน เช่นเดียวกับเสียง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความเร็วและความถี่ในการแพร่กระจาย - ในกรณีนี้คือความถี่ที่ขนาดและทิศทางของสนามมีความผันผวนในคลื่น แสงที่มองเห็นได้เป็นกรณีพิเศษของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศมีมากมายมหาศาล: กม./วินาที ดังนั้น จากโลกถึงดวงจันทร์ แสงเดินทางได้มากกว่าหนึ่งวินาที

ช่วงความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากว้างมาก เราจะพูดถึงมาตราส่วนของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในแผ่นงานที่เกี่ยวข้องกันมากขึ้น ในที่นี้เราทราบเพียงว่าแสงที่มองเห็นได้นั้นเป็นช่วงเล็กๆ ของมาตราส่วนนี้ ด้านล่างเป็นความถี่ของรังสีอินฟราเรดด้านบน - ความถี่ของรังสีอัลตราไวโอเลต

จำได้ว่าอะตอมซึ่งโดยทั่วไปแล้วเป็นกลางทางไฟฟ้า ประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ อนุภาคที่มีประจุเหล่านี้ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายร่วมกับอะตอม สร้างสนามไฟฟ้าสลับกัน และด้วยเหตุนี้จึงแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา คลื่นเหล่านี้เรียกว่า รังสีความร้อน- เพื่อเป็นการเตือนว่าแหล่งที่มาของพวกมันคือการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาคของสสาร

ร่างกายใด ๆ ก็เป็นแหล่งของรังสีความร้อน ในกรณีนี้ การแผ่รังสีจะดึงพลังงานภายในบางส่วนออกไป เมื่อพบกับอะตอมของอีกร่างหนึ่ง การแผ่รังสีเร่งความเร็วพวกมันด้วยสนามไฟฟ้าที่สั่นไหว และพลังงานภายในของร่างกายนี้จะเพิ่มขึ้น นี่คือวิธีที่เราอาบแดด

ที่อุณหภูมิปกติ ความถี่ของการแผ่รังสีความร้อนจะอยู่ในช่วงอินฟราเรด โดยที่ดวงตาจะไม่รับรู้ (เราไม่เห็นว่าเรา "เรืองแสง") เมื่อร่างกายได้รับความร้อน อะตอมของมันจะเริ่มปล่อยคลื่นความถี่สูง ตะปูเหล็กสามารถทำให้ร้อนได้ - นำไปสู่อุณหภูมิที่การแผ่รังสีความร้อนจะเข้าสู่ส่วนล่าง (สีแดง) ของช่วงที่มองเห็นได้ และดูเหมือนว่าดวงอาทิตย์จะเป็นสีเหลือง - ขาว: อุณหภูมิบนพื้นผิวของดวงอาทิตย์นั้นสูงมากจนในสเปกตรัมของการแผ่รังสีนั้นมีความถี่ของแสงที่มองเห็นได้ทั้งหมดและแม้กระทั่งอัลตราไวโอเลตด้วยการที่เราอาบแดด

มาดูการถ่ายเทความร้อนทั้งสามประเภทกัน (ภาพที่ 3) (ภาพจาก beodom.com)

ข้าว. 3. การถ่ายเทความร้อนสามประเภท: การนำ การพา และการแผ่รังสี

อุณหภูมิและการตรวจวัด

[ถาม]=จ. ถาม=ดู.

กระบวนการทางความร้อน

การหลอมเหลวและการตกผลึก

สารชนิดเดียวกันสามารถอยู่ภายใต้สภาวะบางอย่างในสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ซึ่งเรียกว่ามวลรวม

การเปลี่ยนจากสถานะของแข็งเป็นของเหลวเรียกว่าการหลอมละลายการหลอมเหลวเกิดขึ้นที่อุณหภูมิที่เรียกว่าจุดหลอมเหลว จุดหลอมเหลวของสารต่างกันเพราะ โครงสร้างของพวกเขาแตกต่างกัน จุดหลอมเหลว - ค่าแบบตาราง ในระหว่างกระบวนการหลอมอุณหภูมิจะไม่เปลี่ยนแปลงเพราะ ความร้อนที่จ่ายไปจะถูกใช้ไปในการทำลายโครงผลึกของของแข็ง

ปริมาณความร้อนที่ต้องการในการเปลี่ยนของแข็ง 1 กิโลกรัม เมื่อถ่ายที่อุณหภูมิหลอมเหลว ให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิเท่ากัน จะเรียกว่าความร้อนจำเพาะของการหลอมเหลว [l]=J/กก.

การตกผลึกเป็นกระบวนการเปลี่ยนสภาพของสารจากสถานะของเหลวเป็นของแข็ง. จุดหลอมเหลวของสารมีค่าเท่ากับอุณหภูมิการตกผลึก เช่นเดียวกับในกระบวนการหลอมเหลว อุณหภูมิจะไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการตกผลึกเพราะ ในระหว่างการตกผลึกความร้อนที่ครั้งหนึ่งเคยใช้ในการหลอมร่างกายจะถูกปลดปล่อยออกมา โดยจะรักษาอุณหภูมิของวัตถุที่ตกผลึกให้คงที่ ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน เมื่อคำนวณปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการตกผลึก จะใช้สูตรเดียวกันกับในระหว่างการหลอมเหลว เพื่อแสดงทิศทางของการถ่ายเทความร้อน เครื่องหมายลบจะถูกนำมาใช้

การระเหยและการควบแน่น

การระเหยเป็นกระบวนการของการเปลี่ยนผ่านของสารจากของเหลวไปเป็นสถานะแก๊ส. โมเลกุลของเหลวจะดึงดูดกันและกัน ดังนั้นเฉพาะโมเลกุลที่เร็วที่สุดที่มีพลังงานจลน์สูงเท่านั้นจึงจะบินออกจากของเหลวได้ หากไม่มีความร้อนเข้า อุณหภูมิของของเหลวระเหยจะลดลง อัตราการระเหยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของของเหลว พื้นที่ผิว ชนิดของของเหลว และการปรากฏตัวของลมเหนือพื้นผิว

การควบแน่นคือการเปลี่ยนรูปของของเหลวเป็นไอ. ในภาชนะเปิด อัตราการระเหยจะเกินอัตราการควบแน่น ในภาชนะปิด อัตราการระเหยและการควบแน่นจะเท่ากัน

เมื่อของเหลวถูกทำให้ร้อนที่ด้านล่างและผนังของภาชนะ อากาศที่ละลายในของเหลวจะเริ่มต้นขึ้น ภายในฟองอากาศเหล่านี้ ของเหลวจะระเหยไป ภายใต้การกระทำของกองกำลังอาร์คิมีดีน ฟองอากาศจะแตกออกจากผนังของเรือและลอยขึ้น พวกมันตกลงไปในของเหลวที่ยังไม่ร้อนซึ่งไอระเหยจะควบแน่น ฟองสบู่แตก ในเวลาเดียวกันจะได้ยินเสียงลักษณะเฉพาะ

เมื่อของเหลวถูกทำให้ร้อน การควบแน่นของไอในฟองอากาศจะหยุดลง และฟองไอที่เพิ่มขนาดเนื่องจากการระเหยอย่างต่อเนื่อง ไปถึงพื้นผิวของของเหลว ระเบิด ปล่อยไอที่มีอยู่ในนั้นสู่ชั้นบรรยากาศ ของเหลวกำลังเดือด การเดือดเป็นการระเหยที่เกิดขึ้นทั่วทั้งปริมาตรของของเหลว . การเดือดจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิที่เรียกว่าจุดเดือด ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของของเหลวและความดันเหนือผิวน้ำ เมื่อความดันภายนอกลดลง จุดเดือดของของเหลวจะลดลง ในระหว่างกระบวนการเดือด อุณหภูมิของของเหลวจะคงที่เพราะ พลังงานอินพุตถูกใช้เพื่อเอาชนะแรงดึงดูดซึ่งกันและกันของโมเลกุลของเหลว

ปริมาณความร้อนที่ต้องการเพื่อเปลี่ยนของเหลว 1 กิโลกรัมให้เป็นไอน้ำที่อุณหภูมิเดียวกันเรียกว่าความร้อนจำเพาะของการระเหย [L] = เจ/กก. ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของของเหลวที่แตกต่างกันนั้นแตกต่างกัน และค่าตัวเลขของมันคือค่าตาราง ในการคำนวณปริมาณความร้อนที่จำเป็นสำหรับการระเหยของของเหลว จำเป็นต้องคูณความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของของเหลวนี้ด้วยมวลของของเหลวที่ระเหย

เมื่อไอน้ำควบแน่น ความร้อนปริมาณเท่ากันจะถูกปล่อยออกมาซึ่งใช้ในการระเหยของไอน้ำ การควบแน่นของไอน้ำอย่างเข้มข้นเกิดขึ้นที่อุณหภูมิการควบแน่นเท่ากับจุดเดือด

การเผาไหม้เชื้อเพลิง

ในระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิง กระบวนการของการก่อตัวของโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์จากอะตอมคาร์บอนของเชื้อเพลิงและอะตอมออกซิเจนของอากาศในบรรยากาศจะเกิดขึ้น กระบวนการออกซิเดชันนี้มาพร้อมกับการปล่อยความร้อนจำนวนมาก เพื่ออธิบายลักษณะของเชื้อเพลิงประเภทต่างๆ เราขอแนะนำ ความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้เชื้อเพลิง - ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาในการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่สมบูรณ์ 1 กิโลกรัม . [q]=J/กก. เช่นเดียวกับค่าจำเพาะอื่นๆ ความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้เชื้อเพลิงเป็นค่าแบบตาราง ในการคำนวณปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่สมบูรณ์ จำเป็นต้องคูณความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้เชื้อเพลิงด้วยมวลของเชื้อเพลิง

การเผาไหม้เชื้อเพลิงเป็นกระบวนการที่ย้อนกลับไม่ได้ กล่าวคือ มันไหลไปในทิศทางเดียวเท่านั้น

กฎของคูลอมบ์

ประจุแบบจุดคือประจุที่อยู่บนร่างกาย ขนาดและรูปร่างสามารถละเลยได้ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด กฎการโต้ตอบของประจุที่ไม่เคลื่อนที่ถูกค้นพบโดยการทดลองโดยใช้ทอร์ชันบาลานซ์โดย Sh. Coulomb ในปี ค.ศ. 1785

ทอร์ชันบาลานซ์เป็นลำแสงที่เป็นฉนวนแสงซึ่งมีลูกบอลนำไฟฟ้าขนาดเล็กจับจ้องอยู่ที่ปลาย ซึ่งหนึ่งในนั้นไม่ได้มีส่วนร่วมในการทดลอง แต่ทำหน้าที่เป็นตัวถ่วงน้ำหนักเท่านั้น ตัวโยกถูกแขวนไว้บนด้ายยางยืดแบบบาง ผ่านฝาครอบของอุปกรณ์ลูกบอลที่สามที่เหมือนกันจะถูกหย่อนเข้าไปข้างใน ลูกโยกตัวหนึ่งถูกดึงดูดไปยังลูกบอลที่สอดเข้าไป ในกรณีนี้ ค่าใช้จ่ายจะถูกแบ่งออกครึ่งหนึ่ง กล่าวคือ บนลูกบอลจะมีค่าใช้จ่ายที่มีชื่อเดียวกันที่มีขนาดเท่ากัน ลูกบอลจะกระเด้งออกจากกัน แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างลูกบอลวัดจากมุมบิดของเกลียว ขนาดของประจุสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการนำลูกที่สามออกจากอุปกรณ์และนำประจุออกจากอุปกรณ์ หลังจากที่ใส่เข้าไปในอุปกรณ์และแยกประจุใหม่แล้ว ครึ่งหนึ่งของประจุเริ่มต้นจะยังคงอยู่บนลูกบอล โดยการเปลี่ยนขนาดของประจุและระยะห่างระหว่างประจุทั้งสอง คูลอมบ์พบว่า แรงของการโต้ตอบของค่าธรรมเนียมจุดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับโมดูลของค่าใช้จ่ายและจะผกผันตามสัดส่วนกับระยะห่างระหว่างพวกเขา . ค่าจุดคือประจุที่อยู่บนร่างกายที่มีขนาดและรูปร่างที่สามารถละเลยได้ในสถานการณ์เฉพาะนี้

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

นอกจากนี้ ยังพบว่าแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างประจุในสุญญากาศมีค่ามากกว่าในตัวกลางไดอิเล็กตริกใดๆ ค่าที่แสดงจำนวนครั้งของแรงปฏิกิริยาของประจุในสุญญากาศมีค่ามากกว่าในตัวกลางที่กำหนด เรียกว่าค่าการยอมของตัวกลาง ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของตัวกลางเป็นค่าแบบตาราง

e = F ใน /F [จ] = 1

จากการทดลองพิสูจน์แล้วว่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนในกฎคูลอมบ์ k \u003d 9 * 1O 9 Nm 2 /C 2 คือแรงที่จุดสองจุดประจุ 1 C ที่ระยะ 1 เมตรจะมีปฏิสัมพันธ์ในสุญญากาศ

F = k |q 1 | |q 2 |/ เอ๋อ 2 .

กฎของคูลอมบ์ใช้ได้กับลูกบอลที่ชาร์จแล้วเช่นกัน ในกรณีนี้ r คือระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลาง

กฎหมายของโอห์มสำหรับส่วนโซ่

การเพิ่มขึ้นของความต่างศักย์ที่ปลายตัวนำทำให้เกิดกระแสเพิ่มขึ้น จากการทดลองของโอห์มพิสูจน์แล้วว่าความแรงของกระแสไฟฟ้าในตัวนำนั้นแปรผันตรงกับความต่างศักย์ของตัวนำนั้น

เมื่อผู้บริโภคต่างเชื่อมต่อกันในวงจรไฟฟ้าเดียวกัน ความแรงของกระแสไฟฟ้าในวงจรนั้นจะต่างกัน ซึ่งหมายความว่าผู้บริโภคที่แตกต่างกันป้องกันกระแสไฟฟ้าผ่านด้วยวิธีต่างๆ ปริมาณทางกายภาพที่แสดงถึงความสามารถของตัวนำในการป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เรียกว่าค่าความต้านทานไฟฟ้า . ความต้านทานของตัวนำที่กำหนดเป็นค่าคงที่ที่อุณหภูมิคงที่ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความต้านทานของโลหะจะเพิ่มขึ้น ในขณะที่ของของเหลวจะลดลง [R] = โอห์ม 1 โอห์มคือความต้านทานของตัวนำดังกล่าวซึ่งกระแส 1 A ไหลด้วยความต่างศักย์ที่ปลาย 1 V ตัวนำโลหะที่ใช้กันมากที่สุด ตัวพาหะในปัจจุบันคืออิเล็กตรอนอิสระ เมื่อเคลื่อนที่ไปตามตัวนำ พวกมันจะมีปฏิกิริยากับไอออนบวกของโครงผลึก ทำให้พวกเขาเป็นส่วนหนึ่งของพลังงานและสูญเสียความเร็ว เพื่อให้ได้ค่าความต้านทานที่ต้องการ ให้ใช้กล่องต้านทาน กล่องความต้านทานคือชุดของขดลวดที่มีความต้านทานที่รู้จักซึ่งสามารถรวมไว้ในวงจรด้วยชุดค่าผสมที่ต้องการ

โอห์มทดลองพบว่า ความแรงในปัจจุบันในส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของวงจรเป็นสัดส่วนโดยตรงต่อความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นที่ส่วนท้ายของส่วนนี้และกลับเป็นสัดส่วนกับความต้านทานของส่วนนี้

ส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของวงจรคือส่วนที่ไม่มีแหล่งกระแส นี่คือกฎของโอห์มสำหรับส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของวงจร ซึ่งเป็นพื้นฐานของการคำนวณทางไฟฟ้าทั้งหมด

รวมทั้งตัวนำที่มีความยาวต่างกัน ส่วนตัดต่างกัน ที่ทำจากวัสดุต่างกัน พบว่า ความต้านทานของตัวนำเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาวของตัวนำและผกผันตามสัดส่วนกับพื้นที่หน้าตัดของมัน ความต้านทานของลูกบาศก์ที่มีขอบ 1 เมตร ทำจากสารใดๆ หากกระแสน้ำไปตั้งฉากกับด้านตรงข้าม จะเรียกว่าความต้านทานจำเพาะของสารนี้ . [r] \u003d Ohm m. มักใช้หน่วยความต้านทานที่ไม่เป็นระบบ - ความต้านทานของตัวนำที่มีพื้นที่หน้าตัด 1 มม. 2 และความยาว 1 ม. [r] \ u003d โอห์ม มม. 2 / ม.

ค่าความต้านทานจำเพาะของสารเป็นค่าแบบตาราง ความต้านทานของตัวนำเป็นสัดส่วนกับความต้านทานของตัวนำ

การกระทำของตัวเลื่อนและลิโน่สเต็ปขึ้นอยู่กับความต้านทานของตัวนำตามความยาว ลิโน่สไลเดอร์เป็นกระบอกเซรามิกที่มีลวดนิกเกิลพันรอบ การเชื่อมต่อของลิโน่กับวงจรดำเนินการโดยใช้ตัวเลื่อนซึ่งรวมถึงความยาวของขดลวดในวงจรมากขึ้นหรือน้อยลง ลวดถูกปกคลุมด้วยชั้นของมาตราส่วนซึ่งแยกการเลี้ยวออกจากกัน

ก) ซีรีส์และการเชื่อมต่อแบบขนานของผู้บริโภค

บ่อยครั้งที่ผู้บริโภคปัจจุบันหลายคนรวมอยู่ในวงจรไฟฟ้า นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าผู้บริโภคแต่ละรายมีแหล่งที่มาของตนเองในปัจจุบันนั้นไม่มีเหตุผล มีสองวิธีในการเปิดใช้งานผู้บริโภค: แบบอนุกรมและแบบขนาน และการรวมกันในรูปแบบของการเชื่อมต่อแบบผสม

ก) การเชื่อมต่อแบบอนุกรมของผู้บริโภค

เมื่อเชื่อมต่อแบบอนุกรม ผู้บริโภคจะสร้างห่วงโซ่ต่อเนื่องที่ผู้บริโภคเชื่อมต่อกัน ด้วยการเชื่อมต่อแบบอนุกรมจะไม่มีกิ่งก้านของสายเชื่อมต่อ เพื่อความเรียบง่าย ให้พิจารณาห่วงโซ่ของผู้บริโภคสองคนที่เชื่อมต่อกันเป็นชุด ประจุไฟฟ้าที่ผ่านหนึ่งในผู้บริโภคก็จะผ่านครั้งที่สองเช่นกันเพราะ ในตัวนำที่เชื่อมต่อผู้บริโภคจะไม่มีการสูญหายการเกิดขึ้นและการสะสมของค่าใช้จ่าย q=q 1 =q 2 . การหารสมการที่ได้จากเวลาที่กระแสไหลผ่านวงจร เราจะได้ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสที่ไหลผ่านการเชื่อมต่อทั้งหมดกับกระแสที่ไหลผ่านส่วนต่างๆ

เห็นได้ชัดว่างานของการย้ายประจุบวกตัวเดียวตลอดการเชื่อมต่อนั้นประกอบด้วยงานในการเคลื่อนย้ายประจุนี้ไปทั่วทุกส่วน เหล่านั้น. วี \u003d วี 1 + วี 2 (2).

ความต่างศักย์รวมของผู้บริโภคที่เชื่อมต่อกับซีรีส์จะเท่ากับผลรวมของความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นในผู้บริโภค

หารทั้งสองส่วนของสมการ (2) ด้วยกระแสในวงจร เราได้ U/I=V 1 /I+V 2 /I เหล่านั้น. ความต้านทานของส่วนที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมทั้งหมดเท่ากับผลรวมของความต้านทานของผู้บริโภคของส่วนประกอบ

B) การเชื่อมต่อแบบขนานของผู้บริโภค

นี่เป็นวิธีทั่วไปในการเปิดใช้งานผู้บริโภค ด้วยการเชื่อมต่อนี้ ผู้บริโภคทั้งหมดจะเชื่อมต่อกับจุดร่วมสองจุดสำหรับผู้บริโภคทั้งหมด

เมื่อผ่านการเชื่อมต่อแบบขนาน ประจุไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรจะถูกแบ่งออกเป็นหลายส่วนโดยผ่านผู้บริโภคแต่ละราย ตามกฎการอนุรักษ์ประจุ q=q 1 +q 2 . หารสมการนี้ด้วยเวลาในการขนส่งประจุ เราได้ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสทั้งหมดที่ไหลผ่านวงจรกับกระแสที่ไหลผ่านผู้บริโภคแต่ละราย

ตามคำจำกัดความของความต่างศักย์ V=V 1 =V 2 (2)

ตามกฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจร เราจะแทนที่จุดแข็งของกระแสในสมการ (1) ด้วยอัตราส่วนของความต่างศักย์กับความต้านทาน เราได้รับ: V / R \u003d V / R 1 + V / R 2 หลังจากลด: 1/R=1/R 1 +1/R 2 ,

เหล่านั้น. ส่วนกลับของความต้านทานของการเชื่อมต่อแบบขนานเท่ากับผลรวมของส่วนกลับของความต้านทานของแต่ละกิ่ง

กฎของเคิร์ชโฮฟ

สำหรับการคำนวณวงจรไฟฟ้าแบบแยกแขนง จะใช้กฎของ Kirchhoff

จุดในวงจรที่มีสายไฟตั้งแต่ 3 เส้นขึ้นไปตัดกันเรียกว่าโหนด ตามกฎการอนุรักษ์ประจุ ผลรวมของกระแสที่ไหลเข้าและออกจากโหนดมีค่าเท่ากับศูนย์ I = O. (กฎข้อแรกของ Kirchhoff) ผลรวมเชิงพีชคณิตของกระแสที่ไหลผ่านโหนดนั้นเป็นศูนย์

กระแสที่เข้าสู่โหนดถือเป็นบวก โดยปล่อยให้โหนดเป็นลบ สามารถเลือกทิศทางของกระแสในส่วนต่างๆ ของวงจรได้ตามต้องการ

สมการ (2) หมายความว่า เมื่อข้ามวงจรปิดใดๆ ผลรวมเชิงพีชคณิตของแรงดันตกคร่อมจะเท่ากับผลรวมเชิงพีชคณิตของ EMF ในวงจรนี้ , - (กฎข้อที่สองของ Kirchhoff)

ทิศทางของบายพาสรูปร่างจะถูกเลือกโดยพลการ แรงดันไฟในส่วนของวงจรถือเป็นค่าบวกหากทิศทางของกระแสในส่วนนี้ตรงกับทิศทางการเลี่ยงผ่านวงจร EMF ถือเป็นค่าบวก หากแหล่งกำเนิดผ่านจากขั้วลบไปยังขั้วบวกระหว่างทางเลี่ยงบนวงจร

หากห่วงโซ่มี m โหนด สมการ m - 1 สามารถทำได้ตามกฎข้อแรก สมการใหม่แต่ละสมการต้องมีองค์ประกอบใหม่อย่างน้อยหนึ่งรายการ จำนวนสมการทั้งหมดที่รวบรวมตามกฎของ Kirchhoff จะต้องตรงกับจำนวนส่วนระหว่างโหนด กล่าวคือ ด้วยจำนวนกระแสน้ำ

แม่เหล็กถาวร

การเสริมความแข็งแกร่งของสนามแม่เหล็กของโซลินอยด์เมื่อมีการนำแกนเหล็กเข้าไปนั้นเกิดจากการที่เหล็กในสนามแม่เหล็กถูกทำให้เป็นแม่เหล็กและสนามแม่เหล็กของโซลินอยด์ที่ซ้อนทับบนสนามแม่เหล็กของขดลวดทำให้แข็งแกร่งขึ้น เหล็กเป็นวัสดุที่มีสนามแม่เหล็กสูง ซึ่งรวมถึงนิกเกิล โคบอลต์ แกโดลิเนียม และสารประกอบของเหล็กด้วย การสะกดจิตของแกนเหล็กจะยังคงอยู่แม้จะถอดออกจากขดลวดแล้ว วัตถุที่คงคุณสมบัติแม่เหล็กไว้เรียกว่าแม่เหล็กถาวร แม่เหล็กถาวรทุกอันมีสองขั้ว - เหนือและใต้ เหล่านี้คือตำแหน่งบนแม่เหล็กที่มีสนามแม่เหล็กมากที่สุด เหมือนขั้วแม่เหล็กผลัก ขั้วตรงข้ามดึงดูด การกำหนดค่าของสนามแม่เหล็กถาวรนั้นง่ายต่อการศึกษาโดยใช้ตะไบเหล็ก

ชิ้นส่วนเหล็กหรือแร่เหล็กที่ถูกดึงดูดโดยธรรมชาติได้ถูกนำมาใช้แล้วในสมัยโบราณของจีนสำหรับการวางแนวบนโลก ซึ่งตัวมันเองเป็นแม่เหล็กถาวรขนาดใหญ่ ขั้วแม่เหล็กใต้ของโลกตั้งอยู่ในพื้นที่ของขั้วโลกเหนือ แต่ไม่ตรงกับขั้วแม่เหล็กเหนืออยู่ในพื้นที่ของขั้วโลกใต้ ตำแหน่งของขั้วแม่เหล็กไม่คงที่ นอกจากนี้ การวิเคราะห์หินตะกอนของโลกยังชี้ให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กของโลกได้เปลี่ยนขั้วซ้ำแล้วซ้ำเล่า สนามแม่เหล็กของโลกมีบทบาทอย่างมากต่อทุกชีวิตบนมันเพราะ มันปกป้องเราจากกระแสของอนุภาคที่รวดเร็วที่บินไปยังโลกจากอวกาศซึ่งส่วนใหญ่มาจากดวงอาทิตย์ เมื่อฟลักซ์นี้เปลี่ยนแปลง จะสังเกตเห็นพายุแม่เหล็กบนโลก - การเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กของโลกในระยะสั้น ทำให้เกิดการหยุดชะงักของการสื่อสารทางวิทยุ การเบี่ยงเบนในตำแหน่งของเข็มแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กในปัจจุบัน

ในปี ค.ศ. 1820 Oersted ค้นพบว่าเข็มแม่เหล็กซึ่งอยู่ถัดจากตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าหมุนอยู่เพื่อให้แกนของมันสอดคล้องกับเส้นสัมผัสของวงกลมที่ล้อมรอบตัวนำนี้

ในปีเดียวกันนั้น Ampere ได้ค้นพบปฏิสัมพันธ์ของตัวนำกับกระแสและพบว่ากฎที่ปฏิสัมพันธ์นี้ปฏิบัติตาม การกระทำของตัวนำที่นำพากระแสบนเข็มแม่เหล็กและปฏิกิริยาของตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าสามารถอธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าตัวนำที่นำพากระแสจะสร้างสนามแม่เหล็กในบริเวณโดยรอบซึ่งถูกตรวจพบโดยเข็มแม่เหล็กหรือกระแสอื่น - ตัวนำพา

สนามแม่เหล็ก - สสารชนิดพิเศษที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า (กระแส) และตรวจจับโดยการกระทำของประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ (กระแส) สนามแม่เหล็กแพร่กระจายในอวกาศด้วยความเร็วแสง มันลดลงตามระยะทางที่เพิ่มขึ้นจากกระแสที่สร้างมันขึ้นมา สนามแม่เหล็กมีพลังงาน

ในการศึกษาสนามแม่เหล็กนั้น จะใช้เข็มแม่เหล็กขนาดเล็ก ซึ่งเป็นวิธีที่สะดวกพบในการแสดงสนามแม่เหล็กโดยใช้เส้นแม่เหล็ก เส้นแม่เหล็กคือเส้นตรงที่แกนของลูกศรแม่เหล็กขนาดเล็กอยู่ในสนามแม่เหล็ก ประเภทของเส้นแม่เหล็กสร้างได้ง่ายโดยใช้ตะไบเหล็กขนาดเล็ก เทลงบนกระดาษแข็งแล้วนำเข้าสนามแม่เหล็ก ในกรณีนี้ ขี้เลื่อยที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กในสนาม จะถูกจัดเรียงเป็นโซ่ตามเส้นแม่เหล็ก ทิศทางของเส้นเหล่านี้เป็นทิศทางที่จะระบุถึงขั้วเหนือของเข็มแม่เหล็ก

เส้นแม่เหล็กของตัวนำกระแสไฟฟ้าที่เป็นเส้นตรงเป็นวงกลม ซึ่งเป็นศูนย์กลางของตัวนำกระแสไฟฟ้า ทิศทางของเส้นจะถูกกำหนดโดยกฎของวงแหวน: หากการเคลื่อนที่เชิงแปลของวงแหวน (สกรูขวา) เกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของกระแสในตัวนำ ทิศทางของการเคลื่อนที่แบบหมุนของด้ามจับแบบวงแหวนจะตรงกับทิศทางของ เส้นแม่เหล็ก

เส้นแม่เหล็กของขดลวดที่มีกระแส (โซลินอยด์) เป็นเส้นโค้งปิดที่ครอบรอบขดลวด ทิศทางของเส้นเหล่านี้ง่ายต่อการกำหนดโดยกฎต่อไปนี้: หากคุณใช้มือขวาของขดลวดเพื่อให้นิ้วที่งอถูกชี้ไปตามกระแสในนั้นนิ้วโป้งที่งอจะแสดงทิศทางของเส้นแม่เหล็กตาม แกนของขดลวด

ขดลวดที่มีกระแสเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าคล้ายกับแถบแม่เหล็กถาวร สนามแม่เหล็กของขดลวดจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนรอบที่เพิ่มขึ้นและความแรงของกระแสในนั้น เพื่อขยายสนามแม่เหล็กให้สอดแกนเหล็กเข้าไปในขดลวด ตำแหน่งที่เส้นแม่เหล็กออกจากขดลวดคือขั้วเหนือของแม่เหล็กไฟฟ้าที่พวกมันเข้าไป - ขั้วใต้

แม่เหล็กไฟฟ้าใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมทั้งสำหรับการเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนเหล็กหนัก เศษเหล็ก และในอุปกรณ์วิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยุจำนวนมาก

สนามแม่เหล็กกระทำด้วยแรงบางอย่างบนตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าอยู่ในนั้น แรงนี้เรียกว่าแรงแอมแปร์และขึ้นอยู่กับสัดส่วนโดยตรงกับความยาวของตัวนำซึ่งเป็นความแรงของกระแสในนั้น นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับขนาดของสนามและตำแหน่งของตัวนำ ทิศทางของแรงของแอมแปร์ถูกกำหนดโดยกฎมือซ้าย: if มือซ้ายอยู่ในสนามแม่เหล็กเพื่อให้เส้นแม่เหล็กเข้าสู่ฝ่ามือ และสี่นิ้วที่ยื่นออกมาแสดงทิศทางของกระแส จากนั้นนิ้วโป้งที่งอจะแสดงทิศทางของแรง

การกระทำของสนามแม่เหล็กบนตัวนำกระแสไฟฟ้าที่ใช้ในมอเตอร์ไฟฟ้า มอเตอร์กระแสตรงประกอบด้วยชิ้นส่วนคงที่ - สเตเตอร์และชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้ - โรเตอร์ ขดลวดถูกวางไว้ในร่องของสเตเตอร์ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็ก โรเตอร์เป็นขดลวดหลายรอบซึ่งเป็นกระแสที่จ่ายให้กับหน้าสัมผัสแบบเลื่อน - แปรง เพื่อเพิ่มสนามแม่เหล็ก โรเตอร์และสเตเตอร์ทำจากแผ่นเหล็กหม้อแปลงไฟฟ้าที่แยกออกจากกัน โรเตอร์ถูกขับเคลื่อนด้วยแรงแอมแปร์ เพื่อรักษาการหมุนให้คงที่ ทิศทางของกระแสในขดลวดของโรเตอร์จะถูกเปลี่ยนเป็นระยะโดยใช้ตัวสะสม ซึ่งในกรณีที่ง่ายที่สุดคือวงแหวนครึ่งวงสองอันที่สัมผัสกับแปรง เมื่อโรเตอร์เคลื่อนที่ แปรงจะเคลื่อนที่จากวงแหวนครึ่งวงหนึ่งไปอีกวงหนึ่ง โดยเปลี่ยนทิศทางของกระแสในคอยล์โรเตอร์ สิ่งนี้ทำให้เธอมีโอกาสหมุนอีกครึ่งทางเมื่อกระแสน้ำเปลี่ยนทิศทางอีกครั้ง

เพราะ ประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า (สูงถึง 98%) นั้นสูงกว่ามอเตอร์เทอร์มอลมาก ดังนั้นมอเตอร์ไฟฟ้าจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการขนส่ง โรงงาน และโรงงาน ฯลฯ มอเตอร์ไฟฟ้ามีขนาดกะทัดรัด ไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม และควบคุมได้ง่าย

เครื่องมือออปติก

กล้อง.

กล้องประกอบด้วยสองส่วนหลัก: กล้องที่กันแสงและเลนส์ ในกรณีที่ง่ายที่สุด เลนส์บรรจบกันสามารถใช้เป็นวัตถุประสงค์ได้ เพื่อให้ภาพมีคุณภาพสูงทั่วทั้งพื้นที่ของภาพถ่าย เลนส์ของกล้องสมัยใหม่จึงเป็นระบบเลนส์ที่ซับซ้อน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะทำหน้าที่เป็นเลนส์บรรจบกัน เลนส์ของกล้องให้ฟิล์มถ่ายภาพที่เคลือบด้วยชั้นไวแสง ซึ่งเป็นของจริง ผกผัน และตามกฎแล้ว รูปภาพของวัตถุที่กำลังถ่ายภาพจะลดลง กล้องทำงานบนเลนส์บางสูตร เพื่อให้ได้ภาพที่คมชัด (คมชัด) ของวัตถุ เลนส์กล้องต้องเคลื่อนที่ได้ การเคลื่อนเลนส์ทำให้ได้ความคมชัดที่จำเป็นของภาพ วัตถุที่กำลังถ่ายภาพสามารถอยู่พร้อมกันได้ในระยะห่างที่ต่างกันจากกล้อง ความชัดลึกเกิดจากการที่หน้าต่างเลนส์สามารถบังบางส่วนได้ด้วยรูรับแสง หน้าต่างเลนส์ที่เล็กลง วัตถุที่อยู่ในระยะต่างจากกล้องก็จะยิ่งชัดเจนมากขึ้นเท่านั้น

เมื่อถ่ายภาพ เลนส์กล้องจะเปิดขึ้นโดยอัตโนมัติในช่วงเวลาสั้นๆ เรียกว่า เวลาเปิดรับแสง เพื่อให้ภาพมองเห็นได้ ฟิล์มจึงได้รับการพัฒนาด้วยวิธีพิเศษและแก้ไข ภาพที่ได้เรียกว่าเนกาทีฟเพราะ มีการส่งผ่านแสงถอยหลัง ส่วนต่างๆ ของภาพยนตร์ที่มีแสงตกกระทบจะมืดกว่าและกลับกัน เพื่อให้ได้การ์ดภาพถ่าย (บวก) ภาพที่ได้จะถูกฉายลงบนกระดาษภาพถ่ายโดยใช้เครื่องขยายภาพถ่าย จากนั้นจึงพัฒนาและแก้ไขกระดาษ

กล้องสมัยใหม่สามารถสร้างสีและแม้กระทั่งภาพสามมิติ อุปกรณ์บางอย่างถ่ายภาพสำเร็จรูปทันที พัฒนาการของการถ่ายภาพคือภาพยนตร์

การถ่ายภาพถูกใช้อย่างกว้างขวางเพื่อวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์ ในด้านเทคโนโลยี นิติเวช ฯลฯ ทำให้เราเป็นสักขีพยานในเหตุการณ์ทางประวัติศาสตร์ การถ่ายภาพศิลปะเป็นที่แพร่หลาย

เครื่องฉายภาพ

เครื่องฉายภาพใช้เพื่อให้ได้ภาพจริงที่ขยายใหญ่ขึ้นและย้อนกลับของร่างกายบนหน้าจอ หากได้ภาพในแสงที่ส่องผ่าน (ภาพถ่ายและฟิล์ม ภาพบนกระจก) อุปกรณ์ดังกล่าวจะเรียกว่าไดสโคป (diascope) ในแสงสะท้อน - เอพิสโคป มักใช้อุปกรณ์เหล่านี้ร่วมกัน - epidiascope ไดสโคปประกอบด้วยแหล่งกำเนิดแสง คอนเดนเซอร์ และวัตถุประสงค์ เพื่อเพิ่มความสว่างของหน้าจอ มักวางกระจกไว้ด้านหลังแหล่งกำเนิดแสงอย่างน้อยหนึ่งกระจก คอนเดนเซอร์ (เลนส์นูนนูนสองแผ่น) นำแสงที่แยกจากแหล่งกำเนิดเข้าสู่เลนส์ วัตถุประสงค์ที่ง่ายที่สุดคือเลนส์บรรจบกัน วัตถุที่จะถ่ายภาพบนหน้าจอจะวางอยู่ระหว่างคอนเดนเซอร์และเลนส์ ความคมชัดของภาพทำได้โดยการขยับเลนส์

เครื่องขยายภาพ, กล้องฟิล์ม, กล้องถ่ายภาพยนตร์, เครื่องฉายภาพเหนือศีรษะเป็นอุปกรณ์ฉายภาพ

ดวงตา. แว่นตา.

โครงสร้างของดวงตาคล้ายกับกล้อง ประกอบด้วย: ตาขาว - ส่วนนอกของดวงตาที่ปกป้องดวงตาจากความเสียหายทางกล กระจกตา - ส่วนหน้าโปร่งใสของลูกตา; ม่านตาที่มีรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน - รูม่านตา; เลนส์ - เลนส์สองด้าน; ร่างกายน้ำเลี้ยงเติมปริมาตรของตา; เรตินา - ปลายประสาทที่ส่งข้อมูลไปยังสมอง ช่องว่างระหว่างกระจกตากับเลนส์เต็มไปด้วยของเหลวที่เป็นน้ำ ซึ่งส่วนใหญ่หักเหแสง ตาทำงานบนเลนส์บางสูตร เพราะ วัตถุสามารถอยู่ในระยะที่แตกต่างจากดวงตา จากนั้นเพื่อให้ได้ภาพที่ชัดเจน ความโค้งของเลนส์สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยใช้กล้ามเนื้อตา ความสามารถของตาในการให้ภาพวัตถุที่ชัดเจนในระยะต่าง ๆ เรียกว่าที่พัก ระยะทางที่ทำให้ดวงตามองเห็นรายละเอียดเล็กๆ ของวัตถุโดยไม่ต้องใช้ความพยายามมาก เรียกว่าระยะการมองเห็นที่ดีที่สุด เพื่อสุขภาพตาที่ดี คือ 25 ซม. ระยะใกล้ที่พักประมาณ 12 ซม. ระยะชัดลึกกำหนดโดยพื้นที่ของรูม่านตา เรตินาประกอบด้วยแท่งสำหรับภาพขาวดำและโคนสำหรับภาพสี ภาพบนเรตินาเป็นของจริง ลดขนาด กลับด้าน การมองเห็นสามมิติทำให้ตาทั้งสองข้าง

หากภาพที่ตาสร้างขึ้นนั้นอยู่หน้าเรตินา ดวงตานั้นจะเรียกว่าสายตาสั้น ในการตรวจสอบวัตถุ คนสายตาสั้นจะนำวัตถุนั้นมาใกล้ตาและทำให้กล้ามเนื้อตาตึง สายตาสั้นแก้ไขได้ด้วยการใส่แว่นเลนส์แบบแยกส่วน สายตายาวสร้างภาพหลังเรตินา สายตายาวแก้ไขได้ด้วยการใส่แว่นเลนส์นูน ควรสังเกตว่าทั้งสายตาสั้นและสายตายาวจะก้าวหน้าถ้าคุณไม่ใช้แว่นตาเพราะ เมื่อทำงานกล้ามเนื้อตาจะทำงานหนักเกินไป

อุณหภูมิและการตรวจวัด

การศึกษาปรากฏการณ์ทางความร้อนย่อมต้องให้ค่าที่บ่งบอกถึงระดับความร้อนของร่างกาย - อุณหภูมิอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เมื่อร่างกายสัมผัสกัน อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุล พลังงานจลน์เฉลี่ยของพวกมันจะเท่ากัน อุณหภูมิเป็นตัววัดพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุล มันแสดงให้เห็นทิศทางของกระบวนการทางความร้อนเพราะ พลังงานจะถูกถ่ายเทโดยธรรมชาติจากวัตถุที่มีความร้อนมากกว่าไปยังวัตถุที่มีความร้อนน้อยกว่า กล่าวคือ จากร่างกายที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นไปสู่ร่างกายที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า วัดอุณหภูมิด้วยเทอร์โมมิเตอร์ การวัดอุณหภูมิขึ้นอยู่กับการสร้างสมดุลทางความร้อนระหว่างวัตถุที่สัมผัสกัน ในทางปฏิบัติ เทอร์โมมิเตอร์เหลวมักใช้กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งใช้การเปลี่ยนแปลงปริมาตรของของเหลว (ปรอทหรือแอลกอฮอล์) เมื่อถูกความร้อน เมื่อขยายตัวของเหลวจะลอยขึ้นผ่านหลอดแก้วซึ่งมีสเกลอยู่ จุดอ้างอิง (เช่น จุดที่ใช้มาตราส่วนอุณหภูมิ) ในระบบอุณหภูมิสากลที่เสนอโดยเซลเซียสคือจุดหลอมเหลวของน้ำแข็ง (O 0 C) และจุดเดือดของน้ำ (1OOS0oTC) ระยะห่างระหว่างจุดเหล่านี้บนมาตราส่วนแบ่งออกเป็น 100 ส่วนเท่าๆ กัน เพราะ เนื่องจากการขยายตัวของของเหลวมีความแตกต่างกันในช่วงอุณหภูมิที่ต่างกัน เทอร์โมมิเตอร์แบบเหลวจึงรับประกันการวัดอุณหภูมิอ้างอิงที่ถูกต้องเท่านั้น เทอร์โมมิเตอร์แบบแก๊สซึ่งใช้การพึ่งพาปริมาตรของแก๊สกับอุณหภูมิที่ความดันคงที่หรือขึ้นอยู่กับความดันของแก๊สต่ออุณหภูมิที่ปริมาตรคงที่นั้นมีความแม่นยำมากกว่า ในเทอร์โมมิเตอร์สามารถใช้การพึ่งพาความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำและเซมิคอนดักเตอร์กับอุณหภูมิได้

พลังงานภายในและวิธีการเปลี่ยนแปลง

ร่างกายทุกคนประกอบด้วยโมเลกุลจำนวนมาก โมเลกุลของร่างกายเคลื่อนที่ตลอดเวลา ดังนั้นจึงมีพลังงานจลน์ โมเลกุลของวัตถุที่เป็นของแข็งและของเหลวมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีพลังงานศักย์เช่นกัน ผลรวมของพลังงานจลน์และศักยภาพของโมเลกุลที่ประกอบเป็นร่างกายเรียกว่าพลังงานภายใน [U]=J พลังงานภายในยังรวมถึงพลังงานของอนุภาคที่ประกอบเป็นอะตอมด้วย

พลังงานภายในของร่างกายสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในระหว่างกระบวนการทางความร้อนต่างๆ ตัวอย่างเช่น เมื่อถูกความร้อน ความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น และด้วยเหตุนี้พลังงานจลน์ของพวกมัน เมื่อร่างกายได้รับความร้อน ปริมาตรจะเพิ่มขึ้น ระยะห่างระหว่างโมเลกุลจะเปลี่ยนไป ดังนั้นพลังงานศักย์ของปฏิกิริยาของพวกมันก็จะเปลี่ยนไปเช่นกัน การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในสามารถตัดสินได้จากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิร่างกาย เมื่ออุณหภูมิของร่างกายเพิ่มขึ้น พลังงานภายในก็จะเพิ่มขึ้น

พลังงานภายในสามารถเปลี่ยนได้สองวิธีที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน

1. ถ้าทำงานบนร่างกายก็ร้อนขึ้น กล่าวคือ พลังงานภายในของเขาเพิ่มขึ้น หากร่างกายทำงานกับร่างกายภายนอก พลังงานภายในจะลดลง เอ=ยู

2. พลังงานภายในสามารถเปลี่ยนแปลงได้ด้วยการถ่ายเทความร้อน การถ่ายเทความร้อนหรือการถ่ายเทความร้อนเป็นกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงภายใน พลังงานโดยไม่ต้องทำงาน ดังนั้นกาต้มน้ำที่วางอยู่บนเตาร้อนจึงได้รับพลังงานจากการถ่ายเทความร้อน

การถ่ายเทความร้อนมีสามประเภท: การนำความร้อน - การถ่ายโอนพลังงานโดยการแลกเปลี่ยนกับโมเลกุลในระหว่างการมีปฏิสัมพันธ์ การพาความร้อน - การถ่ายโอนพลังงานโดยกระแสของของเหลวหรือก๊าซที่ให้ความร้อน; รังสี - การถ่ายโอนพลังงานผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า นอกจากนี้ การถ่ายเทความร้อนแบบหลังไม่จำเป็นต้องสัมผัสร่างกายโดยตรงหรือมีสารใดๆ อยู่ระหว่างกัน

การวัดพลังงานความร้อนที่ถ่ายเทระหว่างการถ่ายเทความร้อนคือ ปริมาณความร้อน - ส่วนหนึ่งของพลังงานภายในที่ร่างกายได้รับหรือปล่อยออกมาระหว่างการถ่ายเทความร้อน [ถาม]=จ. ถาม=ดู.

กระบวนการทางความร้อน