Ühtse riigieksami kodifitseerija teemad: siseenergia, soojusülekanne, soojusülekande liigid.

Mis tahes keha osakesed - aatomid või molekulid - sooritavad kaootilist pidevat liikumist (nn termiline liikumine). Seetõttu on igal osakesel teatud kineetiline energia.

Lisaks interakteeruvad aineosakesed üksteisega elektriliste külgetõmbe- ja tõukejõudude ning tuumajõudude kaudu. Seetõttu on kogu antud keha osakeste süsteemil ka potentsiaalne energia.

Osakeste soojusliikumise kineetiline energia ja nende vastasmõju potentsiaalne energia koos moodustavad uut tüüpi energia, mis ei taandu keha mehaaniliseks energiaks (st keha kui terviku liikumise kineetiliseks energiaks ja tema vastasmõju potentsiaalne energia teiste kehadega). Seda tüüpi energiat nimetatakse siseenergiaks.

Keha siseenergia on tema osakeste soojusliikumise kogu kineetiline energia pluss nende omavahelise interaktsiooni potentsiaalne energia.

Termodünaamilise süsteemi siseenergia on süsteemi kuuluvate kehade siseenergiate summa.

Seega moodustub keha siseenergia järgmistest terminitest.

1. Kehaosakeste pideva kaootilise liikumise kineetiline energia.
2. Molekulide (aatomite) potentsiaalne energia, mis on põhjustatud molekulidevahelise interaktsiooni jõududest.
3. Elektronide energia aatomites.
4. Tuumasisene energia.

Aine lihtsaima mudeli – ideaalse gaasi – puhul saab siseenergia jaoks saada selge valemi.

Monatoomilise ideaalgaasi siseenergia

Ideaalse gaasi osakeste vahelise interaktsiooni potentsiaalne energia on null (tuletage meelde, et ideaalse gaasi mudelis jätame tähelepanuta osakeste vastastikmõju kaugusel). Seetõttu taandatakse üheaatomilise ideaalgaasi siseenergia selle aatomite translatsioonilise (polüaatomilise gaasi puhul tuleb arvestada ka molekulide pöörlemist ja aatomite vibratsiooni molekulides) liikumise kogu kineetiliseks energiaks. Seda energiat saab leida, korrutades gaasiaatomite arvu ühe aatomi keskmise kineetilise energiaga:

Näeme, et ideaalse gaasi (mille mass ja keemiline koostis on muutumatu) siseenergia sõltub ainult selle temperatuurist. Päris gaasis, vedelas või tahkes oleneb siseenergia ka mahust - ruumala muutudes muutub ju osakeste suhteline paigutus ja sellest tulenevalt ka nende interaktsiooni potentsiaalne energia.

Oleku funktsioon

Siseenergia kõige olulisem omadus on see, et see on riigi funktsioon termodünaamiline süsteem. Nimelt on siseenergia üheselt määratud süsteemi iseloomustavate makroskoopiliste parameetrite kogumiga, mitte ei sõltu süsteemi “eelajaloost”, s.t. millises olekus süsteem enne oli ja kui konkreetselt see sellesse olekusse sattus.

Seega, süsteemi üleminekul ühest olekust teise määrab tema siseenergia muutus ainult süsteemi alg- ja lõppseisund ning ei sõltu algseisundist lõppseisundisse ülemineku teelt. Kui süsteem naaseb algsesse olekusse, on selle siseenergia muutus null.

Kogemused näitavad, et keha siseenergia muutmiseks on ainult kaks võimalust:

mehaaniliste tööde tegemine;
soojusülekanne.

Lihtsamalt öeldes saate veekeetjat soojendada ainult kahel põhimõtteliselt erineval viisil: hõõrudes seda millegagi või pannes põlema :-) Vaatleme neid meetodeid üksikasjalikumalt.

Muutus sisemises energias: töö tehtud

Kui töö on tehtud eespool keha, siis suureneb keha siseenergia.

Näiteks pärast haamriga löömist nael kuumeneb ja deformeerub kergelt. Kuid temperatuur on kehas olevate osakeste keskmise kineetilise energia mõõt. Naela kuumutamine näitab selle osakeste kineetilise energia suurenemist: tegelikult kiirendavad osakesed haamri löök ja naela hõõrdumine lauale.

Deformatsioon pole midagi muud kui osakeste nihkumine üksteise suhtes; Pärast lööki tekib küüntel survedeformatsioon, selle osakesed lähenevad üksteisele, nendevahelised tõukejõud suurenevad ning see toob kaasa küüneosakeste potentsiaalse energia suurenemise.

Seega on küünte sisemine energia suurenenud. See oli selle kallal tehtud töö tulemus - töö tegid haamer ja hõõrdejõud pardal.

Kui töö on tehtud meie ise keha, siis keha siseenergia väheneb.

Laske näiteks suruõhul kolvi all olevas soojusisolatsiooniga anumas paisuda ja tõsta teatud koormust, tehes seeläbi tööd (soojusoleeritud anumas toimuvat protsessi nimetatakse nn. adiabaatiline. Uurime adiabaatilist protsessi, võttes arvesse termodünaamika esimest seadust). Selle protsessi käigus õhk jahtub - selle molekulid, mis tabavad liikuvat kolvi, annavad sellele osa oma kineetilisest energiast. (Samamoodi teeb jalgpallur jalaga kiiresti lendavat palli peatades sellega liigutust alates palli ja summutab selle kiirust.) Seetõttu väheneb õhu siseenergia.

Õhk töötab seega oma sisemise energia arvelt: kuna anum on soojusisolatsiooniga, siis ei voola õhku energiat välistest allikatest ning õhk saab töö tegemiseks energiat ammutada vaid oma varudest. .

Siseenergia muutus: soojusülekanne

Soojusülekanne on siseenergia ülekandmine kuumemalt kehalt külmemale, mis ei ole seotud mehaanilise töö tegemisega.. Soojusülekanne võib toimuda kas kehade otsesel kokkupuutel või vahekeskkonna (ja isegi vaakumi kaudu). Soojusülekannet nimetatakse ka soojusvahetus.

Soojusülekannet on kolme tüüpi: juhtivus, konvektsioon ja soojuskiirgus.

Nüüd vaatame neid üksikasjalikumalt.

Soojusjuhtivus

Kui paned raudvarda ühe otsa tulle, siis nagu me teame, ei hoia sa seda kaua käes. Kõrge temperatuuriga piirkonda sattudes hakkavad rauaaatomid intensiivsemalt vibreerima (st nad omandavad täiendavat kineetilist energiat) ja avaldavad oma naabritele tugevamat mõju.

Suureneb ka naaberaatomite kineetiline energia ja nüüd annavad need aatomid oma naabritele täiendavat kineetilist energiat. Niisiis levib kuumus sektsioonist sektsiooni järk-järgult mööda varda - tulle asetatud otsast meie käeni. See on soojusjuhtivus (joonis 1) (pilt saidilt educationelectronicsusa.com).

Riis. 1. Soojusjuhtivus

Soojusjuhtivus on kehaosakeste soojusliikumise ja vastastikmõju tõttu siseenergia ülekandmine rohkem kuumenenud kehaosadest vähem kuumenenud aladele..

Erinevate ainete soojusjuhtivus on erinev. Metallidel on kõrge soojusjuhtivus: parimad soojusjuhid on hõbe, vask ja kuld. Vedelike soojusjuhtivus on palju väiksem. Gaasid juhivad soojust nii halvasti, et neid peetakse soojusisolaatoriteks: gaasimolekulid interakteeruvad nende suurte vahemaade tõttu üksteisega nõrgalt. Seetõttu on näiteks akendel topeltraamid: õhukiht takistab soojuse väljapääsu).

Seetõttu on poorsed kehad, nagu tellis, vatt või karusnahk, halvad soojusjuhid. Nende poorides on õhk. Ega asjata ei peeta kõige soojemateks telliskivimaju ning külmal ajal kannavad inimesed kasukaid ja jakke, millel on udusulgede või sünteetilise polsterduse kiht.

Aga kui õhk juhib soojust nii halvasti, miks siis ruum radiaatorist soojeneb?

See juhtub teist tüüpi soojusülekande - konvektsiooni tõttu.

Konvektsioon

Konvektsioon on siseenergia ülekandmine vedelikes või gaasides voogude ringluse ja aine segunemise tulemusena.

Aku läheduses olev õhk soojeneb ja paisub. Sellele õhule mõjuv gravitatsioonijõud jääb samaks, kuid ümbritsevast õhust tulenev üleslükkejõud suureneb, nii et kuumutatud õhk hakkab lakke ujuma. Selle asemele tuleb külm õhk (looduses toimub pidevalt sama protsess, aga palju suuremas plaanis: nii tekib tuul), millega kordub sama.

Selle tulemusena luuakse õhuringlus, mis on konvektsiooni näide - soojuse levik ruumis toimub õhuvoolude abil.

Täiesti sarnast protsessi võib täheldada ka vedelikes. Kui paned veekeetja või veepanni pliidile, soojeneb vesi eelkõige konvektsiooni tõttu (vee soojusjuhtivuse panus on väga tühine).

Konvektsioonivoolud õhus ja vedelikus on näidatud joonisel fig. 2 (pildid saidilt physics.arizona.edu).

Riis. 2. Konvektsioon

Tahketes ainetes konvektsiooni ei toimu: osakeste vahelised vastasmõjujõud on suured, osakesed võnguvad fikseeritud ruumipunktide (kristallvõre sõlmede) läheduses ja sellistes tingimustes ei saa tekkida ainevooge.

Konvektsioonivoolude ringluseks ruumi soojendamisel on vajalik, et kuumutatud õhk seal oli ruumi välja tulla. Kui radiaator on paigaldatud lae alla, siis tsirkulatsiooni ei teki - soe õhk jääb lae alla. Sellepärast asetatakse kütteseadmed põhjas ruumid. Samal põhjusel pannakse veekeetja peale peal tulekahju, mille tagajärjel tõusevad kuumutatud veekihid jahedamatele.

Vastupidi, konditsioneer tuleks asetada võimalikult kõrgele: siis hakkab jahtunud õhk laskuma ja asemele tuleb soojem õhk. Ringlus läheb ruumi soojendamisel voogude liikumisega võrreldes vastupidises suunas.

Soojuskiirgus

Kuidas saab Maa Päikeselt energiat? Soojusjuhtivus ja konvektsioon on välistatud: meid lahutab 150 miljonit kilomeetrit õhuvaba ruumi.

Siin töötab kolmas soojusülekande tüüp - soojuskiirgus. Kiirgus võib levida nii aines kui ka vaakumis. Kuidas see tekib?

Selgub, et elektri- ja magnetväljad on üksteisega tihedalt seotud ja neil on üks tähelepanuväärne omadus. Kui elektriväli ajas muutub, siis tekitab see magnetvälja, mis üldiselt muutub ka ajas (sellest tuleb täpsemalt juttu elektromagnetilist induktsiooni käsitlevas leheküljes). Vahelduv magnetväli omakorda tekitab vahelduva elektrivälja, mis jälle genereerib vahelduva magnetvälja, mis jälle genereerib vahelduva elektrivälja...

Selle protsessi arendamise tulemusena elektromagnetlaine- elektri- ja magnetväljad on üksteisega seotud. Sarnaselt helile on ka elektromagnetlainetel levimiskiirus ja sagedus – antud juhul on see sagedus, millega väljade suurus ja suund laines kõikuvad. Nähtav valgus on elektromagnetlainete erijuhtum.

Elektromagnetlainete levimiskiirus vaakumis on tohutu: km/s. Seega liigub valgus Maalt Kuule veidi enam kui sekundiga.

Elektromagnetlainete sagedusvahemik on väga lai. Elektromagnetlainete skaalast räägime täpsemalt vastavas voldikus. Siinkohal märgime lihtsalt, et nähtav valgus on selle skaala väike vahemik. Selle all on infrapunakiirguse sagedused, selle kohal ultraviolettkiirguse sagedused.

Tuletage nüüd meelde, et aatomid, kuigi üldiselt elektriliselt neutraalsed, sisaldavad positiivselt laetud prootoneid ja negatiivselt laetud elektrone. Need laetud osakesed, mis sooritavad koos aatomitega kaootilist liikumist, tekitavad vahelduvaid elektrivälju ja kiirgavad seeläbi elektromagnetlaineid. Neid laineid nimetatakse soojuskiirgus- meeldetuletuseks, et nende allikaks on aineosakeste soojusliikumine.

Soojuskiirguse allikaks on mis tahes keha. Sel juhul kannab kiirgus osa oma siseenergiast minema. Olles kohtunud teise keha aatomitega, kiirendab kiirgus neid oma võnkuva elektriväljaga ja selle keha siseenergia suureneb. Nii peesitame päikesekiirte käes.

Tavalistel temperatuuridel jäävad soojuskiirguse sagedused infrapunavahemikku, nii et silm seda ei taju (me ei näe, kuidas me “hõõgume”). Kui keha kuumeneb, hakkavad selle aatomid kiirgama kõrgema sagedusega laineid. Raudnaela saab kuumaks kuumutada – viia sellise temperatuurini, et selle soojuskiirgus jõuaks nähtava vahemiku alumisse (punasesse) ossa. Ja Päike näib meile kollakasvalge: temperatuur Päikese pinnal on nii kõrge, et selle kiirgusspekter sisaldab kõiki nähtava valguse sagedusi ja isegi ultraviolettkiirgust, tänu millele me päevitame.

Vaatame veelkord kolme tüüpi soojusülekannet (joonis 3) (pildid saidilt beodom.com).

Riis. 3. Kolm tüüpi soojusülekannet: juhtivus, konvektsioon ja kiirgus

Koos mehaanilise energiaga on igal kehal (või süsteemil) siseenergia. Sisemine energia on puhkuse energia. See koosneb keha moodustavate molekulide termilisest kaootilisest liikumisest, nende vastastikuse paigutuse potentsiaalsest energiast, elektronide kineetilisest ja potentsiaalsest energiast aatomites, nukleonide tuumades jne.

Termodünaamikas on oluline teada mitte siseenergia absoluutväärtust, vaid selle muutumist.

Termodünaamilistes protsessides muutub ainult liikuvate molekulide kineetiline energia (soojusenergiast ei piisa aatomi, veel vähem tuuma struktuuri muutmiseks). Seetõttu tegelikult sisemise energia all termodünaamikas peame silmas energiat termiline kaootiline molekulaarsed liikumised.

Sisemine energia Uüks mool ideaalset gaasi on võrdne:

Seega siseenergia sõltub ainult temperatuurist. Siseenergia U on süsteemi oleku funktsioon, olenemata taustast.

On selge, et üldiselt võib termodünaamilisel süsteemil olla nii sise- kui ka mehaanilist energiat ning erinevad süsteemid võivad seda tüüpi energiat vahetada.

Vahetada mehaaniline energia iseloomustab täiuslik töö A, ja sisemise energia vahetus – ülekantud soojushulk Q.

Näiteks talvel viskasid kuuma kivi lumme. Potentsiaalse energia reservi tõttu tehti lume kokkupressimiseks mehaanilist tööd ning sisemise energia reservi tõttu lumi sulatati. Kui kivi oli külm, st. Kui kivi temperatuur on võrdne keskkonna temperatuuriga, siis tehakse ainult tööd, kuid siseenergia vahetust ei toimu.

Niisiis, töö ja soojus ei ole erilised energiavormid. Me ei saa rääkida sooja- ega töövarust. See ülekantud mõõt muu mehaanilise või sisemise energia süsteem. Võime rääkida nende energiate reservist. Lisaks saab mehaanilist energiat muundada soojusenergiaks ja vastupidi. Näiteks kui lööd alasi haamriga, siis mõne aja pärast vasar ja alasi kuumenevad (see on näide hajumine energia).

Võime tuua veel palju näiteid ühe energialiigi teisenemisest teiseks.

Kogemused näitavad, et kõigil juhtudel Mehaanilise energia muundamine soojusenergiaks ja vastupidi toimub alati rangelt samaväärsetes kogustes. See on termodünaamika esimese seaduse olemus, mis tuleneb energia jäävuse seadusest.

Kehale antav soojushulk läheb sisemise energia suurendamiseks ja keha töö tegemiseks:

,

(4.1.1)

- Seda see on termodünaamika esimene seadus , või energia jäävuse seadus termodünaamikas.

Allkirja reegel: kui soojus kandub keskkonnast üle see süsteem, ja kui süsteem teeb tööd ümbritsevatel kehadel, siis antud juhul . Võttes arvesse märgireeglit, saab termodünaamika esimese seaduse kirjutada järgmiselt:

Selles väljendis U– süsteemi oleku funktsioon; d U on selle kogudiferentsiaal ja δ K ja δ A nad ei ole. Igas olekus on süsteemil teatud ja ainult see siseenergia väärtus, nii et võime kirjutada:

,

Oluline on märkida, et kuumus K ja töötama A sõltuvad sellest, kuidas toimub üleminek olekust 1 olekusse 2 (isohooriliselt, adiabaatiliselt jne) ja siseenergiast U ei sõltu. Samas ei saa öelda, et süsteemil on antud oleku jaoks konkreetne soojuse ja töö väärtus.

Valemist (4.1.2) järeldub, et soojushulka väljendatakse samades ühikutes töö ja energiaga, s.o. džaulides (J).

Termodünaamikas on eriti olulised ringikujulised või tsüklilised protsessid, mille käigus süsteem naaseb pärast olekute jada läbimist oma algsesse olekusse. Joonis 4.1 näitab tsüklilist protsessi 1– A–2–b–1, samal ajal kui töö A oli tehtud.

Riis. 4.1

Sest U on siis olekufunktsioon

(4.1.3)

See kehtib iga riigi funktsiooni kohta.

Kui siis termodünaamika esimese seaduse järgi, s.o. Võimatu on ehitada perioodiliselt töötavat mootorit, mis teeks rohkem tööd kui sellele väljastpoolt antava energia hulk. Teisisõnu, esimest tüüpi igiliikur on võimatu. See on termodünaamika esimese seaduse üks sõnastusi.

Tuleb märkida, et termodünaamika esimene seadus ei näita, millises suunas olekumuutuse protsessid toimuvad, mis on üks selle puudusi.

Näete raketti õhku tõusmas. See teeb töö ära – tõstab astronaudid ja lasti. Raketi kineetiline energia suureneb kuna rakett tõuseb tõustes järjest suuremat kiirust. Samuti suureneb raketi potentsiaalne energia, kui see tõuseb Maast kõrgemale ja kõrgemale. Seetõttu on nende energiate summa, see tähendab suureneb ka raketi mehaaniline energia.

Me mäletame, et kui keha töötab, väheneb selle energia. Rakett siiski töötab, kuid selle energia ei vähene, vaid suureneb! Mis on vastuolu lahendus? Selgub, et lisaks mehaanilisele energiale on veel üks energialiik - sisemine energia. Just põleva kütuse siseenergiat vähendades teeb rakett mehaanilist tööd ja lisaks suurendab selle mehaanilist energiat.

Mitte ainult tuleohtlik, aga ka kuum kehadel on siseenergia, mida saab kergesti muuta mehaaniliseks tööks. Teeme katse. Kuumutage raskus keevas vees ja asetage see manomeetri külge kinnitatud plekkkarbile. Kui õhk karbis soojeneb, hakkab manomeetris olev vedelik liikuma (vt joonist).

Paisuv õhk mõjutab vedelikku. Millise energia tõttu see juhtub? Seda muidugi kaalu sisemise energia tõttu. Seetõttu jälgime selles katses keha siseenergia muundamine mehaaniliseks tööks. Pange tähele, et raskuse mehaaniline energia selles katses ei muutu – see on alati võrdne nulliga.

Niisiis, sisemine energia- see on keha energia, mille tõttu saab teha mehaanilist tööd ilma selle keha mehaanilise energia vähenemiseta.

Iga keha siseenergia oleneb paljudest põhjustest: selle aine tüübist ja olekust, keha massist ja temperatuurist jm. Kõigil kehadel on siseenergia: suur ja väike, kuum ja külm, tahke, vedel ja gaasiline.

Ainult piltlikult öeldes kuumade ja põlevate ainete ja kehade siseenergiat saab kõige kergemini kasutada inimese vajadusteks. Need on nafta, gaas, kivisüsi, vulkaanide lähedal asuvad geotermilised allikad jne. Lisaks õppis inimene 20. sajandil kasutama nn radioaktiivsete ainete siseenergiat. Need on näiteks uraan, plutoonium jt.

Heitke pilk diagrammi paremale küljele. Populaarses kirjanduses mainitakse sageli soojus-, keemia-, elektri-, aatomi- (tuuma-) ja muid energialiike. Kõik need on reeglina siseenergia tüübid, kuna nende tõttu saab mehaanilist tööd teha ilma mehaanilist energiat kaotamata. Siseenergia mõistet käsitleme üksikasjalikumalt edasises füüsika uurimises.

« Füüsika – 10. klass"

Soojusnähtusi saab kirjeldada suuruste (makroskoopiliste parameetrite) abil, mida mõõdetakse selliste instrumentidega nagu manomeeter ja termomeeter. Need seadmed ei reageeri üksikute molekulide mõjule. Soojusprotsesside teooriat, mis ei võta arvesse kehade molekulaarstruktuuri, nimetatakse termodünaamika. Termodünaamika käsitleb protsesse soojuse muundamiseks muudeks energialiikideks.

Mis on sisemine energia.
Milliseid viise sisemise energia muutmiseks teate?

Termodünaamika loodi 19. sajandi keskel. pärast energia jäävuse seaduse avastamist. See põhineb kontseptsioonil sisemine energia. Juba nimetus "sisemine" viitab süsteemile kui liikuvate ja interakteeruvate molekulide ansamblile. Mõelgem pikemalt küsimusele, milline seos on termodünaamika ja molekulaarkineetilise teooria vahel.

Termodünaamika ja statistiline mehaanika.

Esimene teaduslik termiliste protsesside teooria ei olnud molekulaarkineetiline teooria, vaid termodünaamika.

Termodünaamika tekkis optimaalsete tingimuste uurimisel soojuse kasutamiseks töö tegemiseks. See juhtus 19. sajandi keskel, ammu enne seda, kui molekulaarkineetiline teooria sai üldise tunnustuse. Samal ajal tõestati, et makroskoopilistes kehades on lisaks mehaanilisele energiale ka kehas enestes sisalduv energia.

Tänapäeva teaduses ja tehnoloogias kasutatakse soojusnähtuste uurimiseks nii termodünaamikat kui ka molekulaar-kineetikat. Teoreetilises füüsikas nimetatakse molekulaarkineetiliseks teooriaks statistiline mehaanika

Termodünaamika ja statistiline mehaanika uurivad samu nähtusi erinevate meetoditega ja täiendavad üksteist.

Termodünaamiline süsteem nimetatakse kogum interakteeruvaid kehasid, mis vahetavad energiat ja ainet.

Siseenergia molekulaarkineetilises teoorias.

Termodünaamika põhikontseptsioon on siseenergia mõiste.

Keha sisemine energia(süsteem) on molekulide kaootilise soojusliikumise kineetilise energia ja nende vastasmõju potentsiaalse energia summa.

Keha (süsteemi) kui terviku mehaaniline energia ei kuulu siseenergia hulka. Näiteks gaaside siseenergia kahes identses anumas võrdsetel tingimustel on sama, sõltumata anumate liikumisest ja nende asukohast üksteise suhtes.

Keha siseenergia (või selle muutumise) arvutamine, võttes arvesse üksikute molekulide liikumist ja nende asukohti üksteise suhtes, on makroskoopilistes kehades tohutu molekulide arvu tõttu peaaegu võimatu. Seetõttu on vaja suutma määrata siseenergia väärtust (või selle muutumist) sõltuvalt makroskoopilistest parameetritest, mida saab vahetult mõõta.

Ideaalse monoatomilise gaasi siseenergia.

Arvutame ideaalse üheaatomilise gaasi siseenergia.

Mudeli järgi ideaalse gaasi molekulid ei interakteeru üksteisega, seetõttu on nende vastasmõju potentsiaalne energia null. Ideaalse gaasi kogu siseenergia määrab selle molekulide juhusliku liikumise kineetiline energia.

Ideaalse üheaatomilise gaasi massiga m siseenergia arvutamiseks peate korrutama ühe aatomi keskmise kineetilise energia aatomite arvuga. Võttes arvesse, et kN A = R, saame ideaalse gaasi siseenergia valemi:

Ideaalse üheaatomilise gaasi siseenergia on otseselt võrdeline selle absoluutse temperatuuriga.

See ei sõltu süsteemi mahust ja muudest makroskoopilistest parameetritest.

Ideaalse gaasi siseenergia muutus

st see on määratud gaasi alg- ja lõppseisundi temperatuuridega ega sõltu protsessist.

Kui ideaalne gaas koosneb keerukamatest molekulidest kui monoatomiline, siis on ka tema siseenergia võrdeline absoluutse temperatuuriga, kuid U ja T proportsionaalsuskoefitsient on erinev. Seda seletatakse asjaoluga, et keerulised molekulid mitte ainult ei liigu translatsiooniliselt, vaid ka pöörlevad ja võnguvad oma tasakaalupositsioonide suhtes. Selliste gaaside siseenergia on võrdne molekulide translatsiooni-, pöörlemis- ja vibratsiooniliikumise energiate summaga. Järelikult on mitmeaatomilise gaasi siseenergia suurem kui üheaatomilise gaasi energia samal temperatuuril.

Siseenergia sõltuvus makroskoopilistest parameetritest.

Oleme kindlaks teinud, et ideaalse gaasi siseenergia sõltub ühest parameetrist – temperatuurist.

Reaalsetes gaasides, vedelikes ja tahketes ainetes on molekulide vahelise interaktsiooni keskmine potentsiaalne energia ei ole võrdne nulliga. Tõsi, gaaside puhul on see palju väiksem kui molekulide keskmine kineetiline energia, kuid tahkete ainete ja vedelike puhul on see sellega võrreldav.

Gaasi molekulide vahelise interaktsiooni keskmine potentsiaalne energia sõltub aine mahust, kuna ruumala muutumisel muutub molekulide keskmine kaugus. Järelikult sõltub reaalse gaasi siseenergia termodünaamikas üldiselt koos temperatuuriga T ja mahust V.

Kas on võimalik väita, et reaalse gaasi siseenergia sõltub rõhust, lähtudes sellest, et rõhku saab väljendada gaasi temperatuuri ja ruumalaga.

Makroskoopiliste parameetrite väärtused (mahu V temperatuur T jne) määravad üheselt kehade seisundi. Seetõttu määravad nad ka makroskoopiliste kehade siseenergia.

Makroskoopiliste kehade siseenergia U on üheselt määratud nende kehade olekut iseloomustavate parameetritega: temperatuur ja maht.

Teema: Ideaalse gaasi siseenergia

Tunni eesmärk: korrata siseenergia, ideaalgaasi mõisteid, tuletada ideaalse gaasi siseenergia määramise valem, arvestada siseenergia muutumist kõigis ideaalgaasis toimuvates isoprotsessides.

Tundide ajal

Aja organiseerimine

Õpetaja tegevus

Tere tüdrukud! Istu maha!

Täna on meil veel üks füüsikatund. Kas olete valmis 45 minutiks füüsikamaailma sukelduma?

Millised eesmärgid me selle tunni jaoks seame ja milliseid ülesandeid lahendame?

Eesmärgid: uurida uut teemat, rakendada omandatud teadmisi probleemide lahendamisel. Eesmärgid: loome- ja uurimisvõimete arendamine, huvi suurendamine füüsika vastu.

Õpitud materjali kordamine. Kodutööde kontrollimine (13-15 min).

Õpetaja tegevus

Õpilaste kavandatud tegevused

Täna on uuritava materjali kontrolltöö järgmine.

Ülesannete kuvamise ja kontrollimise järjekord.

1. Testide kontroll.

2. Kvalitatiivsete probleemide lahenduse kontrollimine.

3. kvantitatiivsete ülesannete kontrollimine

4. Graafikaülesannete kontrollimine

5.Virtuaallabori töö kontrollimine

6. videoklipp katsest

Küsimus: Miks silindris vesi tõuseb? Vee tõusu põhjus?

Täna vaatleme siseenergiat ja siseenergia muutumist termodünaamikas.

Nii et meie tunni teema?

Kirjutame tänase kuupäeva ja tunni teema "Ideaalse gaasi siseenergia"

1. Rühma 3-4 õpilast sooritavad katsetööd. Gay-Lussaci seaduse kontrollimine. Varustus: termomeeter, põlemisvesi, külm vesi, silinder, plastiliin, 2 klaasi, joonlaud. Minivideo katsest. Edastame foto- ja videoarvutused aadressileViber.

2. 1-2 õpilast peavad looma keskmise keerukusega arvutusülesande gaasiseaduste rakendamise kohta, pildistama ja esitamaViber.

3. 1-2 õpilast peavad leidma internetist kvaliteediülesanne gaasiseaduste teemal ja lahendama, sooritatudViber.

4. 1-2 õpilast peaks koostama isoprotsesside graafiku sisseV= V(T) ja joonista ümber P=P(V). Joonista tahvlile joonised.

5. Virtuaalse laboritöö peab sooritama 1-2 õpilast. SPbSU

6. Ülejäänud täidavad kontrollülesandeid, mille sooritamisel lülitatakse nad teiste tahvlile esitatud õpilaste poolt täidetud ülesande kontrollimise töösse.

Õhutemperatuuri alandamine silindri sees;

Sisemine energia

Uue materjali õppimine (13-15 min).

Õpetaja tegevus

Õpilaste kavandatud tegevused

Mis on sisemine energia?

Ideaalne gaas?

Ideaalse gaasi omadused

Monatoomilise ideaalgaasi siseenergia valemi tuletamine.

Monatoomilise ideaalgaasi siseenergia valem. Monatoomilised gaasid: heelium, neoon, argoon.

Diatoomilise ideaalgaasi siseenergia valem. Kaheaatomilised gaasid: hapnik, vesinik, lämmastik

Polüatomilise ideaalse gaasi siseenergia valem. Polüaatomilised gaasid: süsinikdioksiid, aur jne.

Ideaalse gaasi siseenergia üldvalem :

Ideaalse gaasi siseenergia muutus :

Milliseid isoprotsesse oleme käsitlenud ja määranud nende protsesside siseenergia muutuse.

Siseenergia on antud keha kõigi molekulide potentsiaalne ja kineetiline energia

Ideaalne gaas on gaas, mille molekulidevahelised vastasmõjud on tühised.

1) puuduvad molekulidevahelised vastasmõjud: ideaalse gaasi molekulide potentsiaalne energia on null;

2) vastastikmõjud tekivad ainult nende kokkupõrgete ajal, löögid on absoluutselt elastsed;

3) ideaalse gaasi molekulid - materiaalsed punktid

Vasta küsimustele, osale valemi tuletamises

Tee märkmeid, kirjelda füüsikalisi suurusi

Isotermiline protsess:

Isobaarne protsess:

Isokooriline protsess:

4. Õpitava materjali konsolideerimine (15-17 min)

Õpetaja tegevus

Õpilaste kavandatud tegevused

Ülesanne:

15 kg kaaluvat õhku soojendati 100 kraadist O C kuni temperatuurini 250 O C konstantsel rõhul. Leida muutus selle sisemises energias?

Õpilased saavad testi meili teel ja lahendavad iseseisvalt testi ülesandeid.

Pärast testi täitmist kuvatakse vastused automaatselt õpetaja arvutis

1 õpilane koostab tahvlile ülesande lahenduse. Lahendamisel kasutatakse siseenergia muutmise valemit.

Õpilased avavad oma kirjad ja lahendavad testiülesandeid.

5. Kokkuvõtete tegemine. Kodutöö.

1 Test. Gaasiseadused

* Tingimata

Perekonnanimi ja eesnimi *

Millises aine agregatsiooni olekus liiguvad selle molekulid kaootiliselt keskmise kiirusega 100 m/s *

gaasilises ja vedelas

ainult gaasilises vormis

vedelal ja tahkel kujul

gaasilises ja tahkes olekus

Välja lastud süsihappegaas paisub isobaariliselt. Gaasi mass on konstantne. Kuidas muuta gaasi absoluutset temperatuuri, et selle maht suureneks 4 korda? *

suureneb 16 korda

suurendada 4 korda

vähendada 16 korda

vähendada 4 korda

Klaasnõust eraldub suruõhk, soojendades samaaegselt anumat. Samal ajal tõusis anumas oleva õhu absoluutne temperatuur 2 korda ja selle rõhk tõusis 3 korda. Õhumass anumas vähenes * võrra

6 korda

3 korda

1,5 korda

2 korda

Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt koosneb süsinikuaatomi tuum... *

elektronid ja prootonid

neutronid ja positronid

ainult prootonid

prootonid ja neutronid

Õhupall sisaldab 36*10^26 gaasimolekuli. Kui suur on ligikaudne aine kogus silindris? *

6 mol

36 mol

6 kmol

36 kmol

2 Test. Sisemine energia

Vormi algus

Perekonnanimi ja eesnimi

Millises toodud näidetes muudetakse mehaaniline energia siseenergiaks?

Vee keetmine gaasipõletil

sihtmärki tabav kuul

sisepõlemismootor

metalltraadi kuumutamine tuleleegis

5. võimalus

10 mooli väljutatud heeliumi on anumas atmosfäärirõhust kõrgemal rõhul. Kuidas muutub gaasi siseenergia, kui anumasse tehakse väike auk ja selle temperatuur hoitakse konstantsena?

suureneb

väheneb

Ei muutu

Kuidas muutub vee siseenergia selle kuumutamisel 25 C-lt 50 C-le?

ei muutu, sest kristallvõre ei teki

ei muutu, sest vesi ei kee

kasvab, sest temperatuur tõuseb

väheneb, sest temperatuur tõuseb

Ideaalne gaas surutakse isobaariliselt kokku. Kuidas muutub gaasi siseenergia?

suureneb

väheneb

ei muutu

Kuidas muutus gaasi siseenergia aeglase isotermilise kokkusurumise ajal 0,2 kuupmeetri võrra? gaas, mis oli algolekus 200 kPa rõhu all? Ümarda oma vastus täisarvudeks.

Vormi lõpp

Vormi algus