Войти Регистрация
Уроки
Математика Алгебра Английский язык Русский язык Геометрия Физика Всеобщая история Обществознание География Биология
Тренажёры
Математика ЕГЭ Тренажёры для мозга История

Внутренняя энергия

Содержание

    В физике рассматриваются всевозможные явления: механические, тепловые, световые, электрические и др.

    Вы уже знакомы с некоторыми механическими явлениями. Такая физическая величина как механическая энергия показывает, какую работу может совершить тело. Она бывает двух видов: потенциальная и кинетическая.

    Сможем ли мы использовать эти виды энергии для описания тепловых явлений? Или же нам будет недостаточно этих определений? В данном уроке мы рассмотрим превращение энергии и узнаем ответы на эти вопросы.

    Кинетическая и потенциальная энергии

    Вспомним определения:

    Потенциальная энергия – это энергия , которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела.

    Кинетическая энергия – это энергия, которой обладает тело вследствие своего движения.

    Любое тело, находящееся в движении, обладает кинетической энергией ($E_к = \frac{m\upsilon^2}{2}$). Примером может служить едущий по дороге автомобиль, бегущий человек, катящийся по дорожке шар для боулинга, летящая птица (рисунок 1).

    Рисунок 1. Птица и самолет, обладающие кинетической энергией.

    Примером тела, обладающим потенциальной энергией, может служить сжатая или растянутая пружина, тетива лука, резинка (рисунок 2). В таком случае потенциальная энергия будет рассчитываться по формуле $E_п = \frac{kx^2}{2}$.

    Рисунок 2. Растянутая резинка как пример тела, обладающего потенциальной энергией.

    Другим примером потенциальной энергии будет являться любое тело, поднятое над землей на какую-либо высоту (рисунок 3). В таком случае используется формула $E_п = mgh$).

    Рисунок 3. поднятое в руке яблоко как пример тела, обладающего потенциальной энергией.

    Кинетическая и потенциальная энергии – это два вида механической энергии, и они могут превращаться друг в друга.

    Превращение энергии

    Рассмотрим простой опыт (рисунок 4).

    Рисунок 4. Превращение энергий на примере шара и плиты из свинца.

    У нас есть шар и плита из свинца. Поднимем шар на определенную высоту и отпустим (рисунок 4, а). Что будет происходить во время падения?

    1. Высота подъема уменьшается – потенциальная энергия шара уменьшается
    2. Увеличивается скорость – увеличивается кинетическая энергия шара

    Значит, происходит превращение потенциальной энергии в кинетическую.

    Шар достигает плиты и останавливается (рисунок 4, б). Его кинетическая и потенциальная энергии равны нулю. Механическая энергия превратилась в другую форму энергии.

    Что это за энергия? При ударе о плиту шар приплюснулся, а на плите осталась вмятина. Произошла деформация двух тел. Измерение температуры шара и плиты после удара покажет нам, что они нагрелись. О чем это говорит?

    1. Состояние тел изменилось – изменилась энергия частиц, из которых состоят тела
    2. При нагревании увеличилась средняя скорость движения и средняя кинетическая энергия молекул
    3. При деформации изменилось взаимное расположение молекул – изменилась их потенциальная энергия

    Таким образом, механическая энергия шара перешла в энергию молекул.

    Внутренняя энергия

    Внутренняя энергия – это кинетическая энергия всех молекул, из которых состоит тело, и потенциальная энергия их взаимодействия.

    $U = E_к + E_п$,

    где $U$ – внутренняя энергия, $E_к$ – кинетическая энергия молекул тела, $E_п$ – потенциальная энергия молекул тела.

    В нашем опыте (рисунок 4) механическое движение прекратилось, когда шар упал на плиту. Но усилилось тепловое движение его молекул. Так механическая энергия превращается во внутреннюю энергию шара.

    Теперь мы знаем два вида энергии: механическая энергия и внутренняя энергия. При рассмотрении тепловых явлений мы будем учитывать только внутреннюю энергию (энергию молекул).

    Свойства внутренней энергии

    • Внутренняя энергия зависит от температуры тела, агрегатного состояния вещества, химических и ядерных реакций
    • Внутренняя энергия тела не зависит от механического движения тела и положения этого тела относительно других тел

    Например, если мы поднимем карандаш над столом, то мы не изменяем его внутреннюю энергию. Почему? Расстояние между молекулами у карандаша не изменяется – не изменяется потенциальная энергия молекул. Не изменяется его температура – не изменяется средняя кинетическая энергия его молекул.

    • Любое тело при любых условиях обладает внутренней энергией

    Таким образом, тело иногда может обладать и внутренней энергией, и механической. Примером будет служить любое движущееся тело, растянутая пружина, тело, поднятое на какую-то высоту. Т. е., тело может не обладать механической энергией (любое неподвижное тело на поверхности Земли), но обязательно будет иметь запас внутренней энергии.

    5
    5
    5Количество энергии, полученное за урок

    Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

    Вопросы
    Получить ещё подсказку

    Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

    Верно! Посмотрите пошаговое решение