Za jakých podmínek se vnitřní energie mění? Způsoby změny vnitřní energie - Znalostní hypermarket

Kuchyně 24.09.2019

Kuchyně

Jakékoli makroskopické těleso má energie, určený jeho mikrostavem. Tento energie volal vnitřní(označeno U). Rovná se energii pohybu a interakce mikročástic, které tvoří tělo. Tak, vnitřní energie ideální plyn sestává z kinetické energie všech jeho molekul, protože jejich interakci lze v tomto případě zanedbat. Proto to vnitřní energie záleží pouze na teplotě plynu ( U~T).

Ideální model plynu předpokládá, že molekuly jsou umístěny ve vzdálenosti několika průměrů od sebe. Proto je energie jejich interakce mnohem menší než energie pohybu a lze ji ignorovat.

V reálných plynech, kapalinách a pevných látkách nelze opomenout interakci mikročástic (atomů, molekul, iontů atd.), protože významně ovlivňuje jejich vlastnosti. Proto oni vnitřní energie sestává z kinetické energie tepelného pohybu mikročástic a potenciální energie jejich interakce. Jejich vnitřní energie, kromě teploty T, bude také záležet na hlasitosti PROTI, protože změna objemu ovlivňuje vzdálenost mezi atomy a molekulami a následně i potenciální energii jejich vzájemné interakce.

Vnitřní energie je funkcí stavu těla, který je dán jeho teplotouTa svazek V.

Vnitřní energie je jednoznačně určena teplotouT a tělesný objem V, charakterizující jeho stav:U =U(T, V)

Na změnit vnitřní energii těla, ve skutečnosti potřebujete změnit buď kinetickou energii tepelného pohybu mikročástic, nebo potenciální energii jejich interakce (nebo obojí dohromady). Jak víte, lze to provést dvěma způsoby - výměnou tepla nebo prováděním práce. V prvním případě k tomu dochází v důsledku přenosu určitého množství tepla Q; ve druhém - z důvodu výkonu práce A.

Tím pádem, množství tepla a vykonané práce jsou měřítko změny vnitřní energie tělo:

Δ U =Q+A.

Ke změně vnitřní energie dochází v důsledku určitého množství tepla podaného nebo přijatého tělem nebo v důsledku výkonu práce.

Pokud dojde pouze k výměně tepla, pak ke změně vnitřní energie vzniká přijetím nebo uvolněním určitého množství tepla: Δ U =Q. Při zahřívání nebo chlazení tělesa se rovná:

Δ U =Q = cm(T2 - T1) =cmΔT.

Při tavení nebo krystalizaci pevných látek vnitřní energie změny v důsledku změn potenciální energie interakce mikročástic, protože dochází ke strukturálním změnám ve struktuře látky. V tomto případě se změna vnitřní energie rovná teplu tání (krystalizace) tělesa: Δ U-Qpl =λ m, Kde λ — specifické teplo tání (krystalizace) pevné látky.

Změny způsobuje také vypařování kapalin nebo kondenzace páry vnitřní energie, což se rovná výparnému teplu: Δ U =Q p =rm, Kde r— měrné skupenské teplo vypařování (kondenzace) kapaliny.

Změna vnitřní energie těleso v důsledku výkonu mechanické práce (bez výměny tepla) se číselně rovná hodnotě této práce: Δ U =A.

Pokud ke změně vnitřní energie dojde v důsledku výměny tepla, pakΔ U =Q =cm(T 2 -T 1),neboΔ U = Q pl = λ m,neboΔ U =Qn =rm.

Proto z hlediska molekulární fyziky: Materiál z webu

Energie vnitřního těla je součet kinetické energie tepelného pohybu atomů, molekul nebo jiných částic, z nichž se skládá, a potenciální energie vzájemného působení mezi nimi; z termodynamického hlediska je funkcí stavu tělesa (soustavy těles), který je jednoznačně určen jeho makroparametry - teplotouTa svazek V.

Tím pádem, vnitřní energie je energie systému, která závisí na jeho vnitřní stav. Skládá se z energie tepelného pohybu všech mikročástic systému (molekuly, atomy, ionty, elektrony atd.) a energie jejich interakce. Je téměř nemožné určit plnou hodnotu vnitřní energie, proto se počítá se změnou vnitřní energie Δ u, ke kterému dochází v důsledku přenosu tepla a pracovního výkonu.

Vnitřní energie tělesa se rovná součtu kinetické energie tepelného pohybu a potenciální energie interakce mikročástic, z nichž se skládá.

Na této stránce jsou materiály k těmto tématům:

Je možné jednoznačně určit vnitřní energii tělesa?
Tělo má energii
Fyzika podává zprávu o vnitřní energii
Na jakých makroparametrech závisí vnitřní energie ideálního plynu?

Vnitřní energii lze měnit dvěma způsoby.

Pokud se na tělese pracuje, zvyšuje se jeho vnitřní energie.

Vnitřní energie těla(označuje se jako E nebo U) je součet energií molekulárních interakcí a tepelných pohybů molekuly. Vnitřní energie je jedinečnou funkcí stavu systému. To znamená, že kdykoli se systém ocitne v daném stavu, jeho vnitřní energie nabývá hodnoty, která je tomuto stavu vlastní, bez ohledu na předchozí historii systému. V důsledku toho se změna vnitřní energie během přechodu z jednoho stavu do druhého bude vždy rovnat rozdílu mezi jejími hodnotami v konečném a počátečním stavu, bez ohledu na cestu, po které přechod probíhal.

Vnitřní energii tělesa nelze přímo měřit. Můžete určit pouze změnu vnitřní energie:

Tento vzorec je matematickým vyjádřením prvního zákona termodynamiky

Pro kvazistatické procesy platí následující vztah:

Teplota měřená v kelvinech

Entropie měřená v joulech/kelvin

Tlak měřený v pascalech

Chemický potenciál

Počet částic v systémech

Spalné teplo paliva. Podmíněné palivo. Množství vzduchu potřebné pro spalování paliva.

Kvalita paliva se posuzuje podle jeho výhřevnosti. Charakterizovat pevné a tekuté typy palivo je ukazatel měrného spalného tepla, což je množství tepla uvolněného při úplném spálení jednotky hmotnosti (kJ/kg). Pro plynná paliva se používá ukazatel objemová výhřevnost, což je množství tepla uvolněného při spalování jednotkového objemu (kJ/m3). Plynná paliva se navíc v některých případech posuzují podle množství tepla uvolněného při úplném spálení jednoho molu plynu (kJ/mol).

Spalné teplo se zjišťuje nejen teoreticky, ale i experimentálně, spalováním určitého množství paliva ve speciálních zařízeních zvaných kalorimetry. Spalné teplo se odhaduje zvýšením teploty vody v kolorimetru. Výsledky získané touto metodou se blíží hodnotám vypočteným z elementárního složení paliva.

Otázka 14Změna vnitřní energie při vytápění a chlazení. Práce plynu při změně objemu.

Vnitřní energie tělesa závisí na průměrné kinetické energii jeho molekul a tato energie zase závisí na teplotě. Změnou teploty tělesa tedy měníme jeho vnitřní energii Při zahřívání tělesa jeho vnitřní energie roste a při ochlazování klesá.

Vnitřní energii těla lze změnit bez práce. Může se například zvýšit ohřátím konvice s vodou na sporáku nebo spuštěním lžíce do sklenice horkého čaje. Ohniště, ve kterém se zapaluje oheň, střecha domu osvětlená sluncem atd. jsou vytápěny Zvýšení teploty těles ve všech těchto případech znamená zvýšení jejich vnitřní energie, k tomuto nárůstu však dochází bez vykonání práce .

Změna vnitřní energie těleso bez práce se nazývá přenos tepla. K výměně tepla dochází mezi tělesy (nebo částmi téhož tělesa), které mají různé teploty.

Jak například dochází k výměně tepla při kontaktu studené lžíce s horká voda? Za prvé, průměrná rychlost a kinetická energie molekul horké vody převyšuje průměrnou rychlost a kinetickou energii částic kovu, ze kterého je lžíce vyrobena. Ale v těch místech, kde se lžíce dostane do kontaktu s vodou, začnou molekuly horké vody přenášet část své kinetické energie na částice lžíce a ty se začnou pohybovat rychleji. Kinetická energie molekul vody se snižuje a kinetická energie částic lžíce se zvyšuje. Spolu s energií se mění i teplota: voda se postupně ochlazuje a lžíce se zahřívá. Jejich teplota se mění, dokud nebude stejná jak u vody, tak u lžíce.

Část vnitřní energie přenesené z jednoho tělesa na druhé při výměně tepla se označuje písmenem a nazývá se množství tepla.

Q je množství tepla.

Množství tepla by se nemělo zaměňovat s teplotou. Teplota se měří ve stupních a množství tepla (jako každá jiná energie) se měří v joulech.

Když se tělesa s různou teplotou dostanou do kontaktu, teplejší těleso určité teplo vydává a chladnější těleso je přijímá.

Práce za izobarické expanze plynu. Jedním z hlavních termodynamických procesů probíhajících ve většině tepelných motorů je proces expanze plynu při výkonu práce. Je snadné určit práci vykonanou během izobarické expanze plynu.

Pokud se při izobarické expanzi plynu z objemu V1 do objemu V2 posune píst ve válci o vzdálenost l (obr. 106), pak je práce A“ vykonaná plynem rovna

Kde p je tlak plynu a je změna jeho objemu.

Práce s libovolným procesem expanze plynu. Libovolný proces expanze plynu z objemu V1 do objemu V2 lze reprezentovat jako soubor střídajících se izobarických a izochorických procesů.

Práce při izotermické expanzi plynu. Porovnáním ploch na obrázcích pod řezem izotermy a izobary můžeme dojít k závěru, že expanze plynu z objemu V1 do objemu V2 při stejné počáteční hodnotě tlaku plynu je v případě izobarické expanze doprovázena vykonáním větší práce.

Práce při stlačování plynu. Když plyn expanduje, směr vektoru tlakové síly plynu se shoduje se směrem vektoru posunutí, proto je práce A" vykonaná plynem kladná (A" > 0) a práce A vnějších sil je záporná: A = -A"< 0.

Když je plyn stlačen směr vektoru vnější síly se shoduje se směrem posunutí, proto je práce A vnějších sil kladná (A > 0) a práce A" vykonaná plynem je záporná (A"< 0).

Adiabatický proces. Kromě izobarických, izochorických a izotermických procesů jsou v termodynamice často zvažovány procesy adiabatické.

Adiabatický děj je děj, který probíhá v termodynamickém systému bez výměny tepla s okolními tělesy, tedy za podmínky Q = 0.

Otázka 15 Podmínky pro tělesnou rovnováhu. Moment síly. Druhy rovnováhy.

Rovnováha neboli rovnováha určitého počtu souvisejících jevů v přírodních a humanitních vědách.

Systém je považován za rovnovážný, pokud jsou všechny dopady na tento systém kompenzovány jinými nebo zcela chybí. Podobným konceptem je udržitelnost. Rovnováha může být stabilní, nestabilní nebo indiferentní.

Typické příklady rovnováhy:

1. Mechanická rovnováha, známá také jako statická rovnováha, je stav tělesa v klidu nebo v rovnoměrném pohybu, ve kterém je součet sil a momentů, které na něj působí, nulový.

2. Chemická rovnováha- pozice, ve které chemická reakce probíhá ve stejném rozsahu jako reverzní reakce a v důsledku toho nedochází ke změně množství každé složky.

3. Fyzická rovnováha lidí a zvířat, která je udržována pochopením její nutnosti a v některých případech i umělým udržováním této rovnováhy [zdroj neuveden 948 dní].

4. Termodynamická rovnováha je stav systému, ve kterém jeho vnitřní procesy nevedou ke změnám makroskopických parametrů (jako je teplota a tlak).

R rovnost nuly algebraického součtu momenty síly neznamená, že tělo je nutně v klidu. Několik miliard let rotace Země kolem své osy pokračuje s konstantní periodou právě proto, že algebraický součet momentů sil působících na Zemi z jiných těles je velmi malý. Ze stejného důvodu rotující kolo jízdního kola pokračuje v rotaci konstantní frekvencí a pouze vnější síly toto otáčení zastaví.

Druhy rovnováhy. V praxi hraje důležitou roli nejen splnění podmínky rovnováhy těles, ale také jakostní charakteristika rovnováha, nazývaná stabilita. Existují tři typy rovnováhy těles: stabilní, nestabilní a indiferentní. Rovnováha se nazývá stabilní, pokud se těleso po malých vnějších vlivech vrátí do původního rovnovážného stavu. K tomu dochází, pokud se při mírném posunutí tělesa libovolným směrem z původní polohy stane výslednice sil působících na těleso nenulová a směřuje do rovnovážné polohy. Kulička je například ve stabilní rovnováze na dně vybrání.

Obecný stav pro tělesnou rovnováhu. Spojením obou závěrů můžeme formulovat obecnou podmínku rovnováhy tělesa: těleso je v rovnováze, jestliže geometrický součet vektorů všech sil na něj působí a algebraický součet momentů těchto sil vzhledem k ose rotace jsou rovny nule.

Otázka 16Vaporizace a kondenzace. Vypařování. Vroucí kapalina. Závislost varu kapaliny na tlaku.

Vaporizace - vlastnost kapiček kapalin měnit svůj stav agregace a přeměnit se v páru. Tvorba páry, ke které dochází pouze na povrchu kapičky kapaliny, se nazývá vypařování. Odpařování v celém objemu kapaliny se nazývá var; vyskytuje se při určité teplotě v závislosti na tlaku. Tlak, při kterém kapalina při dané teplotě vře, se nazývá tlak nasycených par pnp, jeho hodnota závisí na druhu kapaliny a její teplotě.

Vypařování- proces přechodu látky z kapalného skupenství do plynného skupenství (pára). Odpařovací proces je opakem kondenzačního procesu (přechod z parního do kapalného skupenství. Odpařování (vypařování), přechod látky z kondenzované (pevné nebo kapalné) fáze do plynné (páry); 1. řádu. fázový přechod.

Kondenzace – Jedná se o opačný proces odpařování. Během kondenzace se molekuly páry vracejí do kapaliny. V uzavřené nádobě může být kapalina a její pára ve stavu dynamické rovnováhy, když se počet molekul opouštějících kapalinu rovná počtu molekul vracejících se do kapaliny z páry, to znamená, když jsou rychlosti odpařování a kondenzační procesy jsou stejné. Takový systém se nazývá dvoufázový. Pára, která je v rovnováze se svou kapalinou, se nazývá nasycená. Počet molekul emitovaných z jednotky povrchu kapaliny za jednu sekundu závisí na teplotě kapaliny. Počet molekul vracejících se z páry do kapaliny závisí na koncentraci molekul páry a na průměrné rychlosti jejich tepelného pohybu, která je dána teplotou páry.

Vařící- proces odpařování v kapalině (přechod látky z kapalného do plynného skupenství), s výskytem hranic fázového oddělení. Bod varu při atmosférický tlak se obvykle udává jako jedna z hlavních fyzikálně-chemických charakteristik chemicky čisté látky.

Var se rozlišuje podle typu:

1. vaření s volnou konvekcí ve velkém objemu;

2. vaření pod nucenou konvekcí;

3. jakož i ve vztahu k průměrná teplota teplota kapaliny do nasycení:

4. var kapaliny zahřáté na teplotu nasycení (povrchový var);

5. var kapaliny zahřáté na teplotu nasycení

Bublina

Vařící , ve kterém se pára tvoří ve formě periodicky nukleujících a rostoucích bublin, se nazývá nukleátový var. Při pomalém jaderném varu se v kapalině (přesněji obvykle na stěnách nebo dně nádoby) objevují bublinky naplněné párou. Díky intenzivnímu odpařování kapaliny uvnitř bublinek rostou, plavou a pára se uvolňuje do parní fáze nad kapalinou. V tomto případě je kapalina v přilehlé vrstvě v mírně přehřátém stavu, tj. její teplota překračuje jmenovitý bod varu. Za normálních podmínek je tento rozdíl malý (řádově jeden stupeň).

Film

Když se tepelný tok zvýší na určitou kritickou hodnotu, jednotlivé bubliny se spojí a vytvoří souvislou vrstvu páry u stěny nádoby, která se periodicky rozkládá do objemu kapaliny. Tento režim se nazývá filmový režim.

©2015-2019 web
Všechna práva náleží jejich autorům. Tato stránka si nečiní nárok na autorství, ale poskytuje bezplatné použití.
Datum vytvoření stránky: 20.08.2016

Vnitřní energetika a plynařské práce

Základy termodynamiky

Opakování. Zákon zachování celkové mechanické energie: celková mechanická energie uzavřeného systému, ve kterém nepůsobí žádné třecí (odporové) síly, je zachována.

Systém se nazývá ZAVŘENO, pokud všechny jeho součásti interagují pouze mezi sebou.

Výkon práce a výdej energie při termodynamických procesech naznačuje, že termodynamické systémy mají rezervu vnitřní energie.

Pod vnitřní energie systémy U v termodynamice rozumíme součet kinetické energie pohybu všechny mikročástice systému(atomy nebo molekuly) a potenciální energii jejich vzájemné interakce. Zdůrazňujeme, že mechanická energie (potenciální energie tělesa zvednutého pod povrchem Země a kinetická energie jeho pohybu jako celku) se do vnitřní energie nezapočítává.

Zkušenosti ukazují, že existují dva způsoby, jak změnit vnitřní energii systému – provedení mechanické práce nad systémem a výměna tepla s jinými systémy.

Prvním způsobem změny vnitřní energie je provedení mechanické práce A" vnější síly nad systémem nebo samotný systém nad vnějšími tělesy A (A = -A"). Při vykonávání práce se vnitřní energie systému mění vlivem energie vnějšího zdroje. Takže při nafukování kola jízdního kola se systém zahřívá díky provozu pumpy pomocí tření, naši předci byli schopni vytvořit oheň atd.

Druhý způsob, jak změnit vnitřní energii systému (bez vykonání práce), se nazývá výměna tepla (přenos tepla). Množství energie přijaté nebo vydané tělem během takového procesu se nazývá množství tepla a je určeno ΔQ.

Existují tři typy přenosu tepla: tepelná vodivost, konvekce, tepelné záření.

Na tepelná vodivost k přenosu tepla dochází z více zahřátého tělesa na méně zahřáté při tepelném kontaktu mezi nimi. K výměně tepla může dojít i mezi částmi těla: z více zahřáté části do méně zahřáté části, aniž by došlo k přenosu částic, které tvoří tělo.

Proudění- přenos tepla proudy pohybující se kapaliny nebo plynu z jedné oblasti objemu, který zabírají, do druhé. Při ohřevu konvice na sporáku zajišťuje tepelná vodivost tok tepla dnem konvice do spodních (hraničních) vrstev vody, ale ohřev vnitřních vrstev vody je právě výsledkem konvekce, vedoucí k tzv. míchání ohřáté a studené vody.

Tepelné záření- přenos tepla elektromagnetickým vlněním. V tomto případě nedochází k mechanickému kontaktu mezi ohřívačem a příjemcem tepla. Když například přiblížíte ruku na krátkou vzdálenost k žárovce, ucítíte její tepelné vyzařování. Země také přijímá energii ze Slunce prostřednictvím tepelného záření.

Od vnitřní energie U je jednoznačně určen termodynamickými parametry systému, pak je funkcí stavu. V souladu s tím i změna vnitřní energie ΔU kdy se mění stav soustavy (změna teploty, objemu, tlaku, přechod z kapalné do pevné látky atd.) lze zjistit pomocí vzorce

ΔU=U2 - U1

Kde U 1 A U 2- vnitřní energie v prvním a druhém stavu. Změna vnitřní energie ΔU nezávisí na mezistavech systému při takovém přechodu, ale je určen pouze počátečními a konečnými hodnotami energie.

Vnitřní energie 1. termodynamický zákon.
Součet kinetických energií chaotického pohybu všech částic tělesa vůči těžišti tělesa (molekuly, atomy) a potenciálních energií jejich vzájemné interakce se nazývá vnitřní energie.
Kinetický energie částic je určena rychlostí, což znamená - teplota těla. Potenciál- vzdálenost mezi částicemi, a proto - hlasitost. Proto: U=U (T,V) - vnitřní energie závisí na objemu a teplotě.	U=U(T,V)
Pro ideální plyn: U=U (T), protože zanedbáváme interakci na dálku. - vnitřní energie ideálního jednoatomového plynu. Vnitřní energie je jedinečnou funkcí stavu (až do libovolné konstanty) a je zachována v uzavřeném systému. Opak není pravdou(!) – stejné energii mohou odpovídat různé stavy. U – vnitřní energie N – počet atomů - průměrná kinetická energie K – Boltzmannova konstanta m – hmotnost M – molární hmotnost R – univerzální plynová konstanta P hustota v – množství hmoty	Ideální plyn:
Jouleovy pokusy prokázaly ekvivalenci práce a množství tepla, tzn. Obě veličiny jsou měřítkem změny energie; lze je měřit ve stejných jednotkách: 1 cal = 4,1868 J ≈ 4,2 J. Tato veličina se nazývá. mechanický ekvivalent tepla.

Zpět dopředu

Pozornost! Náhledy snímků mají pouze informativní charakter a nemusí představovat všechny funkce prezentace. Jestli máte zájem tato práce, stáhněte si prosím plnou verzi.

Cíle lekce:

rozvoj zájmů a schopností žáků na základě předávání znalostí a zkušeností kognitivních a tvůrčí činnost;
porozumění studentům důležitých pojmů, jako je energie, vnitřní energie, přenos tepla a jeho typy: tepelná vodivost, záření, proudění;
rozvíjení představ studentů o základních zákonech přírody na příkladu zákona zachování energie.

úkoly:

studenti získají znalosti o vnitřní energii, způsobech její změny, osvojí si pojmy: přenos tepla, tepelná vodivost, záření;
rozvíjející u žáků schopnost pozorovat přírodní jevy, chování experimentální studie, vyvodit závěry;
zvládnutí takových obecných vědeckých pojmů, jako je přírodní jev, empiricky zjištěná skutečnost, výsledek experimentu.

Typ lekce: kombinovaný.

Ukázky:

transformace mechanické energie (na příkladu pohybu gumového míčku a Maxwellova kyvadla);
přeměna mechanické energie na energii vnitřní (na příkladu olověné kuličky padající na olověnou desku);
změna vnitřní energie podle obr. 4 a 5 učebnice (Perishkin A.V. Physics-8), zahřívání mince v plameni svíčky a při tření o dřevěné pravítko nahřívání olova údery kladiva;
pokusy podle obr. 6-9 v učebnici (Peryshkin A.V. Physics-8);
pokusy na obr. 10.11 v učebnici (Peryshkin A.V. Physics-8)
pozorování konvekce v plynech na příkladu pozorování konvekčních toků z hořící svíčky v projekci na osvětlené plátno;
demonstrace lamp, které využívají fenomén konvekce;
ohřev vzduchu v tepelném přijímači sáláním;
demonstrace absorpční kapacity různých látek.

Během vyučování

Poznámka:

Materiály uvedené v této prezentaci obsahují několik témat důležitých pro další studium tepelných jevů a jsou navrženy pro použití v několika lekcích a při vysvětlování nové téma, a při všeobecném opakování v 8. ročníku a při studiu molekulové fyziky v 10. ročníku.

Nabyté znalosti k tématu je vhodné upevnit na příkladech problémů, které jsou dostatečně zastoupeny ve sbírkách úloh z fyziky:

A.V. Peryshkin Sbírka úloh ve stupních fyziky 7-9, ed. "Zkouška" M., 2013.
V A. Lukashik, E.V. Ivanova Sbírka úloh z fyziky ročníků 7-9, ed. "Osvícení" JSC "Moskva učebnice", M., 2001.
a další.

Proto toto prezentace lze použít částečně a (nebo) úplně v lekci, v závislosti na cílech a záměrech této lekce. Například při učení nové látky.

Vysvětlení nového materiálu:

Při zahájení formulování pojmu vnitřní energie je třeba vyzvat studenty, aby si připomněli, co vědí o mechanické energii těles.

Otázky pro studenty:

Kdy se říká, že těla mají energii?
Jaké druhy mechanické energie se rozlišují?
Která tělesa mají kinetickou energii a na čem závisí?
Na čem závisí potenciální energie tělesa?
Uveďte příklady přeměny mechanické energie.

(Snímky 2–5)

Snímek 2

Snímek 3

Snímek 4

Snímek 5

Vznik konceptu vnitřní energie je založen na myšlence zjevného „porušení“ zákona zachování energie, když olověná kulička narazí na olověnou desku.

Zkušenost č. 1. Dopad olověné koule na olověnou desku. Na základě „porušení“ zákona zachování energie a studia stavu olověné koule po dopadu dochází k závěru, že všechna tělesa mají energii, která se nazývá vnitřní energie (snímek 6-8).

Snímek 6

Snímek 7

Snímek 8

Dále je nutné žákům vysvětlit rozdíl mezi vnitřní energií a mechanickou energií těles. Je důležité dospět k závěru, že vnitřní energie těles nezávisí na mechanické energii tělesa, ale závisí na teplotě tělesa a skupenství látek. Jinými slovy, vnitřní energie tělesa je určena rychlostí pohybu částic, které tvoří těleso, a jejich vzájemnou polohou.

Další fází studia nového materiálu je studium způsobů, jak změnit vnitřní energii těla. Experimenty mohou jasně prokázat, že vnitřní energii tělesa lze měnit vykonáváním práce (na těle i tělese samotném) a přenosem tepla.

Jedná se o následující experimenty:

1. Změna vnitřní energie vykonáváním práce na těle.

Zkušenost č. 2. Třete minci na dřevěném pravítku, dlaněmi k sobě. Studenti usuzují: zvýšila se vnitřní energie těla.

Zkušenost č. 3. Vezměte si vzduchový křesadlo. Při rychlé kompresi se vzduch zahřeje tak výrazně, že se vznítí éterové páry umístěné ve válci pod pístem. Studenti usuzují: zvýšila se vnitřní energie těla.

2. Změna vnitřní energie, když práci vykonává tělo samo.

Zkušenost č. 4. Speciálním otvorem v ní pumpujeme vzduch do silnostěnné skleněné nádoby, uzavřené zátkou. Po nějaké době korek vyletí z nádoby. V okamžiku, kdy korek vylétá z nádoby, je nutné žáky upozornit na tvorbu mlhy ve skleněné nádobě, která svědčí o poklesu teploty vzduchu a vodní páry v ní. Studenti usuzují: vnitřní energie těla se snížila.

3. Změna vnitřní energie přenosem tepla.

Na základě zkušeností z Každodenní život(lžička ponořená do horkého čaje zahřeje, vypnutá horká žehlička v místnosti ochladí).

Na základě všech příkladů a experimentů je vyvozen obecný závěr: vnitřní energie tělesa se může během výměny tepla daného tělesa s okolními tělesy a při vykonávání mechanické práce v průběhu času měnit (růst nebo zmenšovat) (snímek 9 ).

Snímek 9

Při výkladu mechanismů a způsobů přenosu tepla je nutné upozornit studenty na skutečnost, že přenos tepla probíhá vždy v určitém směru: od tělesa s více vysoká teplota k tělesu s nižší teplotou, což studenty v podstatě vede k myšlence druhého termodynamického zákona.

Snímek 10

Ohleduplnost různé typy Přenos tepla začíná tepelnou vodivostí. Chcete-li tento fenomén studovat, zvažte zkušenost č. 5 s ohřevem kovové tyče (viz učebnice Peryshkin A.V. Physics-8) Na základě výsledků experimentu studenti zjistí skutečnost přenosu tepla z jedné části těla do druhé a vysvětlí jej.

Poté je představen pojem dobrých a špatných vodičů tepla. Vizuálně demonstrovat na jednoduché pokusy č. 6, č. 7, č. 8 popsané v učebnici (A.V. Peryshkin Physics-8) rozdílná tepelná vodivost látek a zvážit využití v technice, každodenním životě a povaze vlastností těles vést teplo jinak (snímek 11-13).

Snímek 11

Snímek 12

Snímek 13

Studium fenoménu konvekce začíná následujícím tvrzením: zkušenost č. 9: na lihové lampě v horní části zkumavky se zahřívá zkumavka naplněná vodou. Voda přitom zůstává na dně zkumavky studená a nahoře se vaří. Žáci došli k závěru, že voda má špatnou tepelnou vodivost. Ale! Otázka pro žáky: Jak se ohřívá voda např. v konvici? Proč?

Odpovědi na tyto otázky získáme, pokud uděláme následující zkušenost č. 10: Na lihové lampě nahřejeme zespodu baňku s vodou, na jejímž dně je krystal manganistanu draselného, který barví konvekční proudy.

Pro demonstraci konvekce v plynech můžete použít projektor a pozorovat konvekční proudy vycházející z hořící svíčky v projekci na plátno.

Jako příklady konvekce v přírodě se uvažuje tvorba denního a nočního vánku a v technologii - tvorba tahu v komínech, konvekce při ohřevu vody, vodní chlazení spalovacího motoru (snímek 14-15).

Snímek 14

Snímek 15

Koncept záření jako jednoho ze způsobů přenosu tepla lze zahájit položením otázky: „Lze přenést energii Slunce na Zemi tepelným vedením? Proudění? Studenti usoudí, že to nejde, a proto existuje jiný způsob přenosu tepla.

V seznamování s vyzařováním můžete pokračovat kladením zkušenost č. 11 ohřevem chladiče připojeného k manometru kapaliny a umístěného v určité vzdálenosti od boku elektrického sporáku

Studentům je položena otázka: co způsobuje ohřívání vzduchu v tepelném přijímači? Koneckonců, tepelná vodivost a konvekce jsou zde vyloučeny. Nastává problematická situace, v jejímž důsledku studenti docházejí k závěru, že v tomto případě existuje zvláštní druh přenosu - sálání - přenos tepla pomocí neviditelných paprsků.

Další pokus č. 12 zjistit, že těla s jiný povrch mají různé schopnosti absorbovat energii. Využívají k tomu chladič, z nichž jeden má lesklý kovový povrch, druhý je černý a hrubý.

Na závěr vysvětlení můžeme uvést příklady záření v přírodě a technologii (snímek 16-17).