На предыдущем уроке мы
уже узнали, от чего зависит внутренняя энергия. Теперь попытаемся разобраться,
как её можно изменить. При повышении температуры увеличивается скорость
движения молекул, следовательно, возрастает их кинетическая энергия и
внутренняя энергия тела. И, наоборот: при понижении температуры, внутренняя
энергия уменьшается.
Проведем маленький
эксперимент. Возьмем деревянные палочки и потрём их друг о друга. Через
некоторое время они нагреются, а, следовательно, их внутренняя энергия
увеличится. То же самое произойдёт и при ударе. Нетрудно догадаться, что при деформации
тело тоже нагревается, так как деформация может являться следствием удара. Во
всех этих случаях, над телом совершалась та или иная работа. Значит,
увеличение внутренней энергии происходит при совершении работы над телом.
Рассмотрим другой пример.
В стеклянный сосуд бросим несколько горящих спичек, а на горлышко сосуда
положим варёное яйцо. Через некоторое время спички потухнут, в результате чего
воздух начнёт остывать. Из-за этого яйцо засосет внутрь. Это произойдет из-за
того, что давление внутри сосуда понизится и будет не достаточным, чтобы
сдерживать давление снаружи. Из этого можно сделать вывод, что внутренняя
энергия воздуха внутри сосуда уменьшилась. Заметим, что понижение давления
произошло из-за сжатия воздуха при понижении температуры, то есть, воздух
совершил работу. Следовательно, уменьшение внутренней энергии происходит,
когда тело само совершает работу.
Однако, изменить
внутреннюю энергию можно и путём теплопередачи.
Нальём воду в чайник, и
нагреем.
Для того, чтобы вода
закипела, мы должны сообщить ей некоторое количество теплоты, то есть, произвести
теплопередачу. Чем дольше продолжается теплопередача, тем больше становится
температура воды и её внутренняя энергия. Через некоторое время вода закипит,
а, значит, её внутренняя энергия увеличится.
Проведем ещё один
эксперимент. Нальем в кружку горячий чай. Через некоторое время кружка
нагреется, а чай, напротив, остынет, а, значит, его внутренняя энергия
уменьшится.
Дело в том, что в этом случае,
чай сам совершил теплопередачу, а именно, — нагрел кружку и часть окружающего
воздуха.
Как видим, теплопередача
всегда происходит от тела с более высокой температурой к телу с более низкой
температурой. Когда температуры тел выравниваются, теплопередача
прекращается. Способами теплопередачи являются теплопроводность, конвекция и
излучение. О них мы поговорим на следующих уроках.
Итак, изменить внутреннюю
энергию тела можно с помощью механической работы или теплопередачи.
Упражнения.
Изменится ли внутренняя
энергия мяча, если, находясь в комнате, его подбросить в воздух?
Нет, потому что бросок не
изменил ни температуру мяча, ни его агрегатное состояние. Над мячом не была
совершена работа, и сам мяч не совершал работы. Теплопередача тоже
отсутствовала, поэтому внутренняя энергия меча не изменилась.
Изменится ли внутренняя
энергия мяча, если, находясь в комнате, его подбросить так, чтоб он отскочил от
потолка?
Да, потому что при ударе
о потолок мяч на время деформируется, а, следовательно, его внутренняя энергия
возрастёт, так как над мячом была совершена работа.
Изменится ли внутренняя
энергия льда, если его растопить?
Конечно. Ведь растопить
лед — значит, превратить его в воду, а это изменение агрегатного состояния, да
и температуры тоже. Кроме того, чтобы растопить лёд нужно осуществить
теплопередачу.
Изменится ли внутренняя
энергия кусочка мела, если провести им по доске? Конечно. Ведь мел пишет только
тогда, когда трение достаточно велико, а трение, как мы помним из примера,
совершает работу над телом. Кроме того, часть мела останется на доске. Это
изменит количество молекул, содержащихся в данном кусочке, а, как мы помним,
внутренняя энергия тела — это суммарная энергия всех молекул этого тела.
Пути изменения внутренней энергии тела.
1) Совершение работы (например, трение).
Рис. (1). Древний способ разведения огня
Если работа совершается над телом, его внутренняя энергия увеличивается, а если работу совершает само тело, то его внутренняя энергия уменьшается.
2) Теплопередача (без совершения работы).
а) Теплопроводность — передача внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте.
Рис. (2). Механизм теплопроводности
б) Конвекция — перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками самого вещества (вынужденно или самопроизвольно).
Рис. (3). Радиатор
3) Излучение — испускание и распространение энергии в виде волн и частиц.
Рис. (4). Свеча
Энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче, называется количеством теплоты.
Количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела (или выделяемое им при остывании), зависит от следующих условий.
1) От массы тела.
Пример:
при нагревании (2) кг воды потребуется в (2) раза большее количество теплоты, чем при нагревании (1) кг воды на то же число градусов.
Рис. (5). Подогрев вещества в сосуде, разный объём
Количество теплоты для нагревания тела пропорционально его массе: для большего тела нужно затратить больше энергии. В замкнутой системе поглощённое при нагревании количество теплоты излучается в окружающую среду при охлаждении.
2) От того, на сколько градусов нагревается тело (от разности температур тела).
Пример:
при нагревании воды на (5°С) необходимо в (2) раза меньшее количество теплоты, чем при нагревании этой же воды на (10°С).
Рис. (6). Подогрев вещества в сосуде, разная температура
Обрати внимание!
Чем больше разность температур тела, тем большее количество теплоты необходимо для его нагревания.
3) От того, из какого вещества тело состоит, т. е. от рода вещества тела.
Пример:
при нагревании керосина и воды одинаковой массы на одно и то же число градусов требуется разное количество теплоты. Для нагревания керосина необходимо в (2) раза меньшее количество теплоты, чем для нагревания воды.
Рис. (7). Подогрев вещества в сосуде, разные свойства
Обрати внимание!
Количество теплоты обозначают буквой (Q) и измеряют как работу и энергию — в джоулях (Дж).
Применяют кратные и дольные единицы измерения количества теплоты. Например:
(1) МДж (= 1000000) Дж;
(1) кДж (= 1000) Дж;
(1) мДж (= 0,001) Дж.
Источники:
Рис. 2. Механизм теплопроводности. © ЯКласс.
Рис. 3. Радиатор. © ЯКласс.
Рис. 5. Подогрев вещества в сосуде, разный объём. © ЯКласс.
Рис. 6. Подогрев вещества в сосуде, разная температура. © ЯКласс.
Рис. 7. Подогрев вещества в сосуде, разные свойства. © ЯКласс.
Вы уже знаете, что механическая энергия тела (кинетическая и потенциальная) может изменяться. Внутренняя энергия тела также не является постоянной величиной, она может менять свое значение.
Внутренняя энергия зависит от температуры: при ее повышении внутренняя энергия увеличивается. Происходит это за счет увеличения средней скорости движения молекул и возрастания их кинетической энергии.
При понижении температуры внутренняя энергия, наоборот, понижается. Значит, внутренняя энергия тела меняется при изменении скорости движения молекул.
На данном уроке мы выясним, каким способом можно изменить скорость движения молекул. Таким образом, мы определим, при каких условиях происходит изменение внутренней энергии и дадим определения новым понятиям.
Совершение работы над телом
Рассмотрим опыт, представленный на рисунке 1.
У нас есть металлическая трубка, закрепленная на подставке. Наливаем в трубку немного эфира.
Эфир — бесцветная летучая жидкость. Часто употребляется в технике и медицине для дезинфекции. Имеет температуру кипения около $35 degree C$.
Закрываем пробкой. Обвиваем вокруг трубки веревку, и начинаем быстро двигать ее в разные стороны. Что произойдет?
После некоторого времени наших манипуляций с веревкой, эфир закипит. Его пар вытолкнет пробку.
Такой способ используется при разведении огня в диких условиях. Древние люди обладали им в совершенстве. При вращении сухой кусок дерева нагревался более чем на $250 degree C$ и загорался.
Внутренняя энергия эфира изменилась — она увеличилась. Он не только нагрелся, но и закипел. Натирая трубку веревкой, мы совершали механическую работу.
Также тела нагреваются при деформациях. То есть при ударах (вспомните опыт из прошлого урока с шаром из свинца), разгибании, сгибании (можно провести простой опыт, сгибая медную проволоку) и др.
Внутреннюю энергию тела можно увеличить, совершая над телом работу.
Когда нам холодно, мы начинаем дрожать — происходят мышечные сокращения. Таким образом наш организм увеличивает температуру тела — за счет работы мышц увеличивается внутренняя энергия.
Совершение работы самим телом
Рассмотрим опыт, представленный на рисунке 2.
У нас имеется стеклянный сосуд, который закрывается пробкой. В пробке есть специальное отверстие. Через него с помощью насоса начнем закачивать в сосуд воздух.
Через некоторое время пробка вылетит. В этот момент можно заметить как образуется туман. Это означает, что воздух в сосуде стал холоднее.
Вытолкнув пробку, сжатый воздух в сосуде совершил работу. При этом температура воздуха понизилась. Так мы можем сказать, что его внутренняя энергия тоже уменьшилась.
Если работу совершает само тело, то его его внутренняя энергия уменьшается.
Внутреннюю энергию тела можно изменить путем совершения работы.
Теплопередача
Можно ли изменить внутреннюю энергию тела без совершения работы?
Мы часто наблюдаем ситуации, когда увеличивается температура тела. Например, закипание воды в чайнике, воздух нагревается от батарей отопления в квартире, нагреваются предметы, оставленные на солнце. Работа во всех этих примерах не совершается.
Попробуем объяснить увеличение внутренней энергии в таких случаях на следующем примере. Опустим обычную металлическую ложку в стакан с горячей водой (рисунок 3).
Что будет происходить?
- Температура горячей воды намного больше температуры холодной ложки. Значит, кинетическая энергия молекул воды больше кинетической энергии частиц металлической ложки
- Молекулы воды начинают взаимодействовать с частицами металла — передают им часть своей кинетической энергии
- Энергия молекул воды уменьшается, энергия частиц металла увеличивается
- Температура воды уменьшается, температура ложки увеличивается
- Вскоре им температуры выравниваются
Внутреннюю энергию тела можно изменить путем теплопередачи.
Теплопередача — это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы самими телом или над ним.
- Происходит между телами с разной температурой
- Идет в направлении от тел с более высокой температурой к телам с более низкой
- Заканчивается, когда температуры тел выравниваются (становятся равны друг другу)
В мороз многие водоплавающие птицы (например, утки) охотно залезают в воду. В такую погоду температура воды выше температуры воздуха, что позволяет птицам не замерзать.
Способы изменения внутренней энергии тела
Итак,
внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: совершая механическую работу или теплопередачей.
Существует три вида теплопередачи:
- Теплопроводность
- Конвекция
- Излучение
Виды теплопередачи будут изучены нами в следующих уроках.
Скачать материал
Скачать материал
- Сейчас обучается 130 человек из 53 регионов
- Сейчас обучается 47 человек из 26 регионов
- Сейчас обучается 24 человека из 15 регионов
Описание презентации по отдельным слайдам:
-
1 слайд
Способы изменения внутренней энергии тела
-
2 слайд
При повышении температуры внутренняя энергия тела увеличивается, так как увеличивается средняя скорость движения молекул.
С понижением температуры, наоборот, внутренняя энергия тела уменьшается.
Таким образом, внутренняя энергия тела меняется при изменении скорости движения молекул. -
3 слайд
Способы изменения внутренней энергии тела
Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами:
Совершая работу
Теплопередачей -
4 слайд
Увеличение внутренней энергии тела при совершении работы над ним
При ударах, разгибании и сгибании, т.е. при деформации происходит нагревание тел. Внутренняя энергия во всех примерах увеличивается за счет совершения работы над телом. -
5 слайд
Уменьшение внутренней энергии тела при совершении работы им самим
Когда тело совершает работу за счет своей внутренней энергии, то она при этом уменьшается. -
6 слайд
теплопередача
Если внутренняя энергия тела изменяется без совершения работы, то этот процесс называют теплопередачей.
Теплопередача всегда происходит в одном направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой. -
7 слайд
Виды теплопередачи:
1. теплопроводность
2. конвекция
3. излучение -
8 слайд
теплопроводность
Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой, или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.
ВАЖНО! При теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому! Переносится только внутренняя энергия. -
9 слайд
Теплопроводность у различных веществ различна. Выделяют вещества с плохой теплопроводностью (дерево, стекло), вещества с большой теплопроводностью (металлы). В жидких веществах теплопроводность невелика, в газах еще меньше, так как расстояние между молекулами больше, чем в твердых телах.
-
10 слайд
Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство).
-
11 слайд
Применение Теплопроводности
Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Например, для кастрюль, сковородок ручки изготавливают из пластмассы. Дома строят из бревен и кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняющих помещения от переохлаждения. -
12 слайд
конвекция
При конвекции энергия переносится самими струями газа или жидкости.
Воздух при нагревании поднимается вверх, более холодные слои опускаются вниз. То же самое происходит при нагревании жидкости.
Различают 2 вида конвекции:
-естественная (свободная): нагревание жидкости, воздуха в комнате)
-вынужденная (если при нагревании перемешивать жидкость ложкой или мешалкой, или насосом). -
13 слайд
Если жидкости и газы нагревать сверху, то конвекция не происходит.
Для того, чтобы в жидкостях и газа происходила конвекция, необходимо нагревать их снизу.
Конвекция в твердых телах происходить не может, так как частицы твердых тел не могут перемещаться на большие расстояния в пределах тела. -
14 слайд
Излучение
Передача энергии излучением может происходить даже в вакууме. Передача тепла от Солнца до Земли происходит при помощи излучения.
Излучают энергию абсолютно все тела, при этом, чем выше температура тела, тем больше энергия. -
15 слайд
При излучении энергии, она частично поглощается другими телами, а частично отражается. Темные тела поглощают больше энергии, чем светлые. Но при этом охлаждаются путем излучения быстрее темные тела.
-
16 слайд
Домашнее задание
Прочитать п. 3,4,5,6
Уметь приводить примеры на 4 вида передачи внутренней энергии
Краткое описание документа:
Данная презентация рассчитана на проведение серии уроков по теме «Способы изменения внутренней энергии», включает краткое содержание информации по четырем параграфам учебника, следовательно по четырем микротемам, входящим в указанную тему. Презентацию удобно использовать как для самостоятельного изучения темы учащимися, так и для фронтальной работы с классом. Темы уроков «Способы изменения внутренней энергии», «Теплообмен», «Конвекция», «Излучение»
Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
6 116 266 материалов в базе
- Выберите категорию:
- Выберите учебник и тему
- Выберите класс:
-
Тип материала:
-
Все материалы
-
Статьи
-
Научные работы
-
Видеоуроки
-
Презентации
-
Конспекты
-
Тесты
-
Рабочие программы
-
Другие методич. материалы
-
Найти материалы
Другие материалы
Вам будут интересны эти курсы:
-
Курс повышения квалификации «Информационные технологии в деятельности учителя физики»
-
Курс повышения квалификации «Формирование компетенций межкультурной коммуникации в условиях реализации ФГОС»
-
Курс профессиональной переподготовки «Экскурсоведение: основы организации экскурсионной деятельности»
-
Курс профессиональной переподготовки «Организация логистической деятельности на транспорте»
-
Курс повышения квалификации «Введение в сетевые технологии»
-
Курс повышения квалификации «История и философия науки в условиях реализации ФГОС ВО»
-
Курс повышения квалификации «Основы менеджмента в туризме»
-
Курс повышения квалификации «ЕГЭ по физике: методика решения задач»
-
Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности секретаря руководителя со знанием английского языка»
-
Курс профессиональной переподготовки «Организация технической поддержки клиентов при установке и эксплуатации информационно-коммуникационных систем»
-
Курс профессиональной переподготовки «Риск-менеджмент организации: организация эффективной работы системы управления рисками»
-
Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности по водоотведению и очистке сточных вод»
-
Курс профессиональной переподготовки «Технический контроль и техническая подготовка сварочного процесса»
«Внутренняя энергия»
Существуют два вида механической энергии: кинетическая и потенциальная. Сумма кинетической и потенциальной энергии тела называется его полной механической энергией, которая зависит от скорости движения тела и от его положения относительно того тела, с которым оно взаимодействует. Если тело обладает энергией, то оно может совершить работу. При совершении работы энергия тела изменяется. Значение работы равно изменению энергии. (подробнее о Механической энергии в конспекте «Механическая энергия. Закон сохранения энергии»)
Внутренняя энергия
Если в закрытую пробкой толстостенную банку, дно которой покрыто водой, накачивать, то через какое-то время пробка из банки вылетит и в банке образуется туман. Пробка вылетела из банки, потому что находившийся там воздух действовал на неё с определённой силой. Воздух при вылете пробки совершил работу. Известно, что работу тело может совершить, если оно обладает энергией. Следовательно, воздух в банке обладает энергией.
При совершении воздухом работы понизилась его температура, изменилось его состояние. При этом механическая энергия воздуха не изменилась: не изменились ни его скорость, ни его положение относительно Земли. Следовательно, работа была совершена не за счёт механической, а за счёт другой энергии. Эта энергия — внутренняя энергия воздуха, находящегося в банке.
Внутренняя энергия тела – это сумма кинетической энергии движения его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. Кинетической энергией (Ек) молекулы обладают, так как они находятся в движении, а потенциальной энергией (Еп), поскольку они взаимодействуют. Внутреннюю энергию обозначают буквой U. Единицей внутренней энергии является 1 джоуль (1 Дж). U = Eк + En.
Способы изменения внутренней энергии
Чем больше скорости движения молекул, тем выше температура тела, следовательно, внутренняя энергия зависит от температуры тела. Чтобы перевести вещество из твёрдого состояния в жидкое состояние, например, превратить лёд в воду, нужно подвести к нему энергию. Следовательно, вода будет обладать большей внутренней энергией, чем лёд той же массы, и, следовательно, внутренняя энергия зависит от агрегатного состояния тела.
Внутреннюю энергию можно изменить при совершении работы. Если по куску свинца несколько раз ударить молотком, то даже на ощупь можно определить, что кусок свинца нагреется. Следовательно, его внутренняя энергия, так же как и внутренняя энергия молотка, увеличилась. Это произошло потому, что была совершена работа над куском свинца.
Если тело само совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается, а если над ним совершают работу, то его внутренняя энергия увеличивается.
Если в стакан с холодной водой налить горячую воду, то температура горячей воды понизится, а холодной воды — повысится. В рассмотренном примере механическая работа не совершается, внутренняя энергия тел изменяется путём теплопередачи, о чем и свидетельствует понижение её температуры.
Молекулы горячей воды обладают большей кинетической энергией, чем молекулы холодной воды. Эту энергию молекулы горячей воды передают молекулам холодной воды при столкновениях, и кинетическая энергия молекул холодной воды увеличивается. Кинетическая энергия молекул горячей воды при этом уменьшается.
Теплопередача – это способ изменения внутренней энергии тела при передаче энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому без совершения работы.
Конспект урока по физике в 8 классе «Внутренняя энергия».
Следующая тема: «Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение».