Acasă » tesuturi moi » Cum să găsiți energia internă a apei. Schimbarea energiei interne

Cum să găsiți energia internă a apei. Schimbarea energiei interne

Principala caracteristică a stării interne a unui sistem fizic este sa energie interna.

Energie interna (U) include energia mișcării haotice (termice) a tuturor microparticulelor din sistem (molecule, atomi, ioni etc.) și energia de interacțiune a acestor particule, i.e. cinetic, potențial etc., cu excepția energiei totale de repaus a tuturor particulelor.

Proprietățile energiei interne

1. Într-o stare de echilibru termodinamic, particulele care alcătuiesc corpurile macroscopice se mișcă în așa fel încât energia lor totală să fie întotdeauna egală cu energia internă a corpului cu mare precizie.

2. Energia internă este o funcție a stării sistemului fizic.

3. Energia internă a unui sistem fizic nu depinde de calea tranziției sale de la o stare la alta, ci este determinată numai de valorile energiei interne în stările inițiale și finale: D U \u003d U 2 -U 1 .

4. Energia internă se caracterizează prin proprietatea de aditivitate, i.e. este egală cu energia internă totală a corpurilor incluse în sistem.

Notă: particulele de gaz, pe lângă gradele de libertate de translație, au și cele interne. De exemplu, dacă particulele unui gaz sunt molecule, atunci, pe lângă mișcarea electronică, este posibilă rotația moleculelor, precum și vibrațiile atomilor care alcătuiesc moleculele.

Mișcarea de translație a particulelor de gaz se supune legilor clasice, iar mișcările lor interne sunt de natură cuantică. Numai în anumite condiții gradele interne de libertate pot fi considerate clasice.

Pentru a calcula energia internă a unui gaz ideal, se utilizează legea echipartiției energiei în grade clasice de libertate. În cazul unui gaz ideal, se ia în considerare doar energia cinetică a mișcării de translație a particulelor. Dacă particulele de gaz sunt atomi individuali, atunci fiecare are trei grade de libertate de translație.

Prin urmare, fiecare atom are o energie cinetică medie:

< e k > =3 kT/2.

Dacă un gaz este format din N atomi, atunci energia sa internă

Dacă sunt excitate și gradele de libertate vibraționale ale moleculelor, atunci contribuția lor la energia internă

(1.27)

Formula (1.27) ia în considerare faptul că fiecare mișcare oscilativă a moleculelor este caracterizată de energii cinetice medii și medii potențiale, care sunt egale între ele. Prin urmare, conform legii echipartiției energiei în grade de libertate, un grad de libertate vibrațional reprezintă energia medie kT.

Astfel, dacă molecula este diatomică, atunci numărul total de grade de libertate ale acesteiai=6. Trei dintre ele sunt progresive (i rapid =3), două rotative (i vr =2) și unul vibrațional (i numara =1). La temperaturi în care gradele de libertate vibraționale sunt încă „înghețate”, energia internă a moleculelor de gaz ideal biatomic .

Dacă gradele de libertate vibraționale sunt „neînghețate”, atunci energia internă a moleculelor diatomice ale unui gaz ideal este U = U post + U vr + U count =.

Astfel, energia internă a unui gaz ideal monoatomic

U=N < e k >= (3/2)NkT,

(1.28)

Unde< e k > = .

Numărul de moli de gaz n=N/N A = m/M, atunci

« Fizica - clasa a 10-a "

Fenomenele termice pot fi descrise folosind cantități (parametri macroscopici) măsurate cu instrumente precum un manometru și un termometru. Aceste dispozitive nu răspund la impactul moleculelor individuale. Se numește teoria proceselor termice, care nu ține cont de structura moleculară a corpurilor termodinamica. În termodinamică, procesele sunt considerate din punctul de vedere al conversiei căldurii în alte forme de energie.

Ce este energia internă.
Ce moduri de a schimba energia internă cunoașteți?

Termodinamica a fost creată la mijlocul secolului al XIX-lea. după descoperirea legii conservării energiei. Se bazează pe concept energie interna. Însuși numele „intern” implică luarea în considerare a sistemului ca un ansamblu de molecule în mișcare și interacțiune. Să ne oprim asupra întrebării ce relație există între termodinamică și teoria cinetică moleculară.

Termodinamica si mecanica statistica.

Prima teorie științifică a proceselor termice nu a fost teoria cinetică moleculară, ci termodinamica.

Termodinamica a apărut în studiul condițiilor optime de utilizare a căldurii pentru a lucra. Acest lucru s-a întâmplat la mijlocul secolului al XIX-lea, cu mult înainte ca teoria cinetică moleculară să capete acceptarea generală. În același timp, s-a dovedit că, alături de energia mecanică, corpurile macroscopice au și energie conținută în corpurile înseși.

Acum, în știință și tehnologie, în studiul fenomenelor termice, se utilizează atât termodinamica, cât și teoria molecular-cinetică. În fizica teoretică, se numește teoria cinetică moleculară mecanica statistica

Termodinamica și mecanica statistică studiază aceleași fenomene prin metode diferite și se completează reciproc.

sistem termodinamic numit un set de corpuri care interacționează care fac schimb de energie și materie.

Energia internă în teoria molecular-cinetică.

Conceptul de bază în termodinamică este conceptul de energie internă.

Energia internă a corpului(sisteme) este suma energiei cinetice a mișcării termice haotice a moleculelor și a energiei potențiale a interacțiunii lor.

Energia mecanică a corpului (sistemului) ca întreg nu este inclusă în energia internă. De exemplu, energia internă a gazelor din două vase identice în condiții egale este aceeași indiferent de mișcarea vaselor și de locația lor una față de alta.

Este aproape imposibil să se calculeze energia internă a unui corp (sau schimbarea acestuia), ținând cont de mișcarea moleculelor individuale și de pozițiile acestora unele față de altele, din cauza numărului mare de molecule din corpurile macroscopice. Prin urmare, este necesar să se poată determina valoarea energiei interne (sau modificarea acesteia) în funcție de parametrii macroscopici care pot fi măsurați direct.

Energia internă a unui gaz monoatomic ideal.

Să calculăm energia internă a unui gaz ideal monoatomic.

Conform modelului, moleculele unui gaz ideal nu interacționează între ele, prin urmare, energia potențială a interacțiunii lor este zero. Întreaga energie internă a unui gaz ideal este determinată de energia cinetică a mișcării aleatorii a moleculelor sale.

Pentru a calcula energia internă a unui gaz monoatomic ideal cu masa m, trebuie să înmulțiți energia cinetică medie a unui atom cu numărul de atomi. Având în vedere că kN A = R, obținem formula pentru energia internă a unui gaz ideal:

Energia internă a unui gaz monoatomic ideal este direct proporțională cu temperatura sa absolută.

Nu depinde de volum și de alți parametri macroscopici ai sistemului.

Modificarea energiei interne a unui gaz ideal

adică este determinat de temperaturile stărilor inițiale și finale ale gazului și nu depinde de proces.

Dacă un gaz ideal constă din molecule mai complexe decât unul monoatomic, atunci energia sa internă este, de asemenea, proporțională cu temperatura absolută, dar coeficientul de proporționalitate dintre U și T este diferit. Acest lucru se explică prin faptul că moleculele complexe nu numai că se deplasează înainte, ci și se rotesc și oscilează în jurul pozițiilor lor de echilibru. Energia internă a unor astfel de gaze este egală cu suma energiilor mișcărilor de translație, rotație și vibrație ale moleculelor. Prin urmare, energia internă a unui gaz poliatomic este mai mare decât energia unui gaz monoatomic la aceeași temperatură.

Dependența energiei interne de parametrii macroscopici.

Am stabilit că energia internă a unui gaz ideal depinde de un parametru - temperatura.

Pentru gaze reale, lichide și solide, energia potențială medie de interacțiune a moleculelor nu este egal cu zero. Adevărat, pentru gaze este mult mai mică decât energia cinetică medie a moleculelor, dar pentru corpurile solide și lichide este comparabilă cu aceasta.

Energia potențială medie de interacțiune a moleculelor de gaz depinde de volumul substanței, deoarece atunci când volumul se modifică, distanța medie dintre molecule se modifică. În consecință, energia internă a unui gaz real în termodinamică depinde în general, împreună cu temperatura T, de volumul V.

Se poate susține că energia internă a unui gaz real depinde de presiune, pe baza faptului că presiunea poate fi exprimată în termeni de temperatură și volum al gazului.

Valorile parametrilor macroscopici (temperaturile T ale volumului V etc.) determină fără ambiguitate starea corpurilor. Prin urmare, ele determină și energia internă a corpurilor macroscopice.

Energia internă U a corpurilor macroscopice este determinată în mod unic de parametrii care caracterizează starea acestor corpuri: temperatura și volumul.

Pagina 1

Energia internă a unei substanțe este energia moleculelor care alcătuiesc substanța. În procesele termodinamice obișnuite, doar părțile cinetice și potențiale ale energiei interne suferă modificări. Prima depinde de vitezele moleculelor (translaționale, rotaționale, vibraționale), a doua se datorează prezenței forțelor de interacțiune (atracție sau respingere) dintre molecule și distanței dintre ele.

Energia internă a unei substanțe este energia sa totală, care este suma energiilor cinetice și potențiale ale atomilor și moleculelor care alcătuiesc substanța, precum și a particulelor elementare care formează atomii și moleculele.

Energia internă a unei substanțe depinde numai de starea sa fizică și nu depinde de modul sau modul în care substanța dată este adusă în această stare. Aceasta rezultă direct din legea conservării energiei. Într-adevăr, să notăm cu numerele 1 și 2 două stări arbitrare ale sistemului. Fie V energia cheltuită în această tranziție. Să forțăm acum sistemul să facă prima tranziție în direcția înainte și a doua tranziție în direcția opusă. În timpul primei tranziții, energia [ / ] va fi cheltuită, în timpul celei de-a doua, U va fi dat departe, prin urmare, corpurile externe din jurul sistemului primesc energie U - V și nu au loc modificări în sistemul însuși. U este pozitiv sau negativ, nu contează; în orice caz, raționamentul nostru ne-a condus la o contradicție cu legea conservării energiei.

Energia internă a unei substanțe în condiții date depinde nu numai de natura sa chimică, ci și de starea de agregare, iar pentru cristale, de modificarea lor.

Energia internă a unei substanțe este energia sa totală, care este însumată din energiile cinetice și potențiale ale atomilor și moleculelor care alcătuiesc substanța, precum și din particulele elementare care formează atomi și molecule. Include: 1) energia mișcării de translație, rotație și oscilație a tuturor particulelor; 2) energia potenţială de interacţiune (atracţie şi repulsie) între ele; 3) energie chimică intramoleculară; 4) energie intra-atomică; 5) energie intranucleară; 6) energie gravitațională; 7) energie radiantă care umple spațiul ocupat de corp și asigură echilibrul termic în interiorul corpului între secțiunile sale individuale. Energia internă nu include energia potențială datorată poziției sistemului în spațiu și energia cinetică a sistemului în ansamblu.

Energia internă a materiei este transformată în energie de radiație.

Energia internă a unei substanțe este suma energiilor cinetice ale tuturor moleculelor și a energiilor potențiale de interacțiune dintre molecule. Cu cât valoarea energiei interne este mai mare, cu atât mai multă căldură este conținută în corp și temperatura acestuia este mai mare.

Creșterea energiei interne a unei substanțe în timpul evaporării fără modificarea temperaturii are loc în principal datorită faptului că în timpul tranziției la vapori, distanța medie dintre molecule crește. În același timp, energia potențială a acestora crește, deoarece pentru a depărta moleculele pe distanțe lungi, este necesar să se cheltuiască munca pentru depășirea forțelor de atracție ale moleculelor între ele.

Energia internă a unei substanțe este înțeleasă ca suma energiei cinetice a mișcării moleculelor, a energiei potențiale a interacțiunii lor, precum și a energiei vibrațiilor atomilor din interiorul moleculelor. Atunci când se determină starea corpului, valoarea energiei interne este strict definită, de aceea este denumită și parametrii stării corpului.

În acest caz, energia internă a substanței este transformată în energie de radiație (energia fotonilor sau a undelor electromagnetice), care, căzând pe corpurile capabile să o absoarbă, este din nou transformată în energie internă. De exemplu, în timpul zborului unei nave spațiale în spațiul interplanetar, suprafața acesteia absoarbe radiația de la Soare.

Deoarece energia internă a substanțelor este o funcție de volum, presiune și temperatură, este evident că efectele termice ale reacțiilor depind și de condițiile în care se produc aceste reacții. În practică, efectul temperaturii asupra efectelor termice ale proceselor este de cea mai mare importanță.

Să se arate că energia internă a unei substanțe cu o ecuație de stare sub forma pTf (V) nu depinde de volum.

Să se arate că energia internă a unei substanțe cu o ecuație de stare sub forma p / (F) T nu depinde de volum.

Datorită modificării energiei interne a unei substanțe în timpul încălzirii, aproape toate proprietățile fizice ale acesteia din urmă depind într-o măsură mai mare sau mai mică de temperatură, dar pentru măsurarea acesteia, pe cât posibil, se aleg acelea dintre ele care se modifică în mod unic. cu temperatura, nu sunt afectate de alti factori si sunt relativ usor de masurat. Aceste cerințe sunt cel mai pe deplin îndeplinite de proprietățile substanțelor de lucru precum expansiunea volumetrică, schimbarea presiunii într-un volum închis, modificarea rezistenței electrice, apariția forței termoelectromotoare și intensitatea radiației, care stau la baza dispozitivului de măsurare a temperaturii.

Potrivit MKT, toate substanțele sunt compuse din particule care sunt în mișcare termică continuă și interacționează între ele. Prin urmare, chiar dacă corpul este nemișcat și are energie potențială zero, el are energie (energie internă), care este energia totală de mișcare și interacțiune a microparticulelor care alcătuiesc corpul. Compoziția energiei interne include:

energia cinetică a mișcării de translație, rotație și vibrație a moleculelor;
energia potențială de interacțiune a atomilor și moleculelor;
energie intraatomica si intranucleara.

În termodinamică, procesele sunt considerate la temperaturi la care mișcarea oscilativă a atomilor din molecule nu este excitată, adică. la temperaturi care nu depăşesc 1000 K. Numai primele două componente ale energiei interne se modifică în aceste procese. De aceea

sub energie internaîn termodinamică, ei înțeleg suma energiei cinetice a tuturor moleculelor și atomilor unui corp și energia potențială a interacțiunii lor.

Energia internă a unui corp determină starea sa termică și se modifică în timpul trecerii de la o stare la alta. Într-o stare dată, corpul are o energie internă bine definită, independentă de procesul în urma căruia a trecut în această stare. Prin urmare, energia internă este foarte des numită funcția stării corpului.

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

Unde i- grad de libertate. Pentru un gaz monoatomic (de exemplu, gaze inerte) i= 3, pentru diatomic - i = 5.

Din aceste formule se poate observa că energia internă a unui gaz ideal depinde doar de temperatura si numarul de moleculeși nu depinde de volum sau presiune. Prin urmare, modificarea energiei interne a unui gaz ideal este determinată doar de o modificare a temperaturii acestuia și nu depinde de natura procesului în care gazul trece de la o stare la alta:

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

unde ∆ T = T 2 - T 1 .

Moleculele de gaze reale interacționează între ele și, prin urmare, au energie potențială W p , care depinde de distanța dintre molecule și, în consecință, de volumul ocupat de gaz. Astfel, energia internă a unui gaz real depinde de temperatură, volum și structura moleculară a acestuia.

*Derivarea formulei

Energia cinetică medie a unei molecule \(~\left\langle W_k \right\rangle = \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T\).

Numărul de molecule din gaz \(~N = \dfrac (m)(M) \cdot N_A\).

Prin urmare, energia internă a unui gaz ideal

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

Dat fiind k⋅N A= R este constanta universală a gazului, avem

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T\) este energia internă a unui gaz ideal.

Schimbarea energiei interne

Pentru a rezolva probleme practice, nu energia internă în sine joacă un rol semnificativ, ci schimbarea sa Δ U = U 2 - U 1 . Modificarea energiei interne se calculează pe baza legilor conservării energiei.

Energia internă a unui corp se poate modifica în două moduri:

La realizarea munca mecanica. a) Dacă o forță exterioară provoacă deformarea corpului, atunci distanțele dintre particulele din care constă se modifică și, în consecință, se modifică energia potențială a interacțiunii particulelor. În cazul deformărilor inelastice, în plus, temperatura corpului se modifică, adică. se modifică energia cinetică a mișcării termice a particulelor. Dar când corpul este deformat, se lucrează, care este o măsură a schimbării energiei interne a corpului. b) Energia internă a unui corp se modifică și în timpul ciocnirii sale inelastice cu un alt corp. După cum am văzut mai devreme, în timpul ciocnirii inelastice a corpurilor, energia lor cinetică scade, se transformă în energie internă (de exemplu, dacă loviți de mai multe ori un fir care se află pe o nicovală cu un ciocan, firul se va încălzi). Măsura modificării energiei cinetice a unui corp este, conform teoremei energiei cinetice, opera forțelor care acționează. Această muncă poate servi și ca măsură a modificărilor energiei interne. c) Modificarea energiei interne a corpului are loc sub acțiunea forței de frecare, deoarece, după cum se știe din experiență, frecarea este întotdeauna însoțită de o modificare a temperaturii corpurilor de frecare. Lucrarea forței de frecare poate servi ca măsură a schimbării energiei interne.
Cu ajutor transfer de căldură. De exemplu, dacă un corp este plasat într-o flacără a unui arzător, temperatura acestuia se va schimba și, prin urmare, energia sa internă se va schimba și ea. Totuși, aici nu s-a lucrat, deoarece nu a existat nicio mișcare vizibilă nici a corpului în sine, nici a părților sale.

Se numește schimbarea energiei interne a unui sistem fără a lucra schimb de caldura(transfer de căldură).

Există trei tipuri de transfer de căldură: conducție, convecție și radiație.

A) conductivitate termică este procesul de schimb de căldură între corpuri (sau părți ale corpului) în contactul lor direct, datorită mișcării haotice termice a particulelor corpului. Amplitudinea oscilațiilor moleculelor unui corp solid este mai mare, cu atât temperatura acestuia este mai mare. Conductivitatea termică a gazelor se datorează schimbului de energie între moleculele de gaz în timpul ciocnirilor lor. În cazul lichidelor, ambele mecanisme funcționează. Conductivitatea termică a unei substanțe este maximă în stare solidă și minimă în stare gazoasă.

b) Convecție este transferul de căldură prin fluxuri încălzite de lichid sau gaz dintr-o parte a volumului pe care îl ocupă în alta.

c) Transfer de căldură la radiatii efectuate la distanță cu ajutorul undelor electromagnetice.

Să luăm în considerare mai detaliat cum să schimbăm energia internă.

munca mecanica

Când se iau în considerare procesele termodinamice, mișcarea mecanică a macrocorpurilor în ansamblu nu este luată în considerare. Conceptul de muncă aici este asociat cu o modificare a volumului corpului, adică. părțile în mișcare ale macrocorpului una față de alta. Acest proces duce la o schimbare a distanței dintre particule și, de asemenea, adesea la o schimbare a vitezei de mișcare a acestora, prin urmare, la o schimbare a energiei interne a corpului.

proces izobaric

Luați în considerare mai întâi procesul izobar. Lasă să existe gaz într-un cilindru cu piston mobil la o temperatură T 1 (Fig. 1).

Vom încălzi încet gazul la o temperatură T 2. Gazul se va extinde izobar și pistonul se va deplasa din poziție 1 în poziție 2 distanta Δ l. În acest caz, forța de presiune a gazului va lucra asupra corpurilor externe. Deoarece p= const, apoi forța de presiune F = p⋅S de asemenea constantă. Prin urmare, munca acestei forțe poate fi calculată prin formula

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

unde ∆ V- modificarea volumului de gaz.

Dacă volumul gazului nu se modifică (proces izocor), atunci munca efectuată de gaz este zero.

Gazul funcționează numai în procesul de modificare a volumului său.

La extindere (Δ V> 0) se efectuează un lucru pozitiv asupra gazului ( A> 0); sub compresie (Δ V < 0) газа совершается отрицательная работа (A < 0).

Dacă luăm în considerare munca forțelor externe A " (A " = –A), apoi cu expansiunea (Δ V> 0) gaz A " < 0); при сжатии (ΔV < 0) A " > 0.

Să scriem ecuația Clapeyron-Mendeleev pentru două stări de gaz:

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

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

Prin urmare, la proces izobaric

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

Dacă ν = 1 mol, atunci la Δ Τ = 1 K obținem asta R este numeric egal cu A.

De aici urmează semnificația fizică a constantei universale de gaz: este numeric egal cu munca efectuată de 1 mol de gaz ideal atunci când este încălzit izobar cu 1 K.

Nu un proces izobaric

Pe diagramă p (V) într-un proces izobaric, munca este egală cu aria dreptunghiului umbrită în figura 2, a.

Dacă procesul nu izobar(Fig. 2, b), apoi curba funcției p = f(V) poate fi reprezentată ca o linie întreruptă formată dintr-un număr mare de izocori și izobare. Lucrul pe secțiuni izobare este egal cu zero, iar munca totală pe toate secțiunile izobare va fi egal cu

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

acestea. va fi egal cu zona figurii umbrite.

La proces izotermic (T= const) lucrarea este egală cu aria figurii umbrite prezentată în Figura 2, c.

Este posibil să se determine lucrul folosind ultima formulă numai dacă se știe cum se modifică presiunea gazului odată cu modificarea volumului său, adică. se cunoaşte forma funcţiei p = f(V).

Astfel, este clar că, chiar și cu aceeași modificare a volumului de gaz, munca va depinde de metoda de tranziție (adică de procesul: izoterm, izobar...) de la starea inițială a gazului la cea finală. Prin urmare, se poate concluziona că

Lucrul în termodinamică este o funcție de proces și nu o funcție de stare.

Cantitatea de căldură

După cum știți, în timpul diferitelor procese mecanice, există o schimbare a energiei mecanice W. Măsura schimbării energiei mecanice este munca forțelor aplicate sistemului:

\(~\DeltaW = A.\)

În timpul transferului de căldură, are loc o schimbare a energiei interne a corpului. Măsura modificării energiei interne în timpul transferului de căldură este cantitatea de căldură.

Cantitatea de căldură este o măsură a modificării energiei interne în timpul transferului de căldură.

Astfel, atât munca cât și cantitatea de căldură caracterizează schimbarea energiei, dar nu sunt identice cu energia internă. Ele nu caracterizează starea sistemului în sine (cum o face energia internă), ci determină procesul de tranziție a energiei de la o formă la alta (de la un corp la altul) atunci când starea se schimbă și depind în esență de natura procesului.

Principala diferență dintre muncă și căldură este aceea

lucrarea caracterizează procesul de schimbare a energiei interne a sistemului, însoțit de transformarea energiei de la un tip la altul (de la mecanic la intern);
cantitatea de căldură caracterizează procesul de transfer al energiei interne de la un corp la altul (de la mai încălzit la mai puțin încălzit), neînsoțit de transformări energetice.

Incalzire racire)

Experiența arată că cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp cu o masă m temperatura T 1 la temperatură T 2 se calculează prin formula

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

Unde c- capacitatea termică specifică a unei substanțe (valoarea tabelului);

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

Unitatea SI a căldurii specifice este joule pe kilogram-Kelvin (J/(kg K)).

Căldura specifică c este numeric egală cu cantitatea de căldură care trebuie transmisă unui corp cu masa de 1 kg pentru a-l încălzi cu 1 K.

Pe lângă capacitatea termică specifică, se ia în considerare și o asemenea cantitate precum capacitatea termică a corpului.

Capacitate termica corp C egal numeric cu cantitatea de căldură necesară pentru a modifica temperatura corpului cu 1 K:

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

Unitatea SI a capacității termice a unui corp este joule pe Kelvin (J/K).

Vaporizare (condens)

Pentru a transforma un lichid într-un vapor la o temperatură constantă, cantitatea de căldură necesară este

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

Unde L- căldura specifică de vaporizare (valoarea tabelului). Când aburul se condensează, se eliberează aceeași cantitate de căldură.

Unitatea SI pentru căldura specifică de vaporizare este joule pe kilogram (J/kg).

Topire (cristalizare)

Pentru a topi un corp cristalin cu o masă m la punctul de topire, este necesar ca organismul să raporteze cantitatea de căldură

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

Unde λ - căldura specifică de fuziune (valoarea tabelului). În timpul cristalizării unui corp, se eliberează aceeași cantitate de căldură.

Unitatea SI pentru căldura specifică de fuziune este joule pe kilogram (J/kg).

arderea combustibilului

Cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a masei de combustibil m,

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

Unde q- căldura specifică de ardere (valoarea tabelului).

Unitatea SI pentru căldura specifică de ardere este joule pe kilogram (J/kg).

Literatură

Aksenovich L. A. Fizica în liceu: Teorie. Sarcini. Teste: Proc. indemnizație pentru instituțiile care oferă general. medii, educație / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 129-133, 152-161.

Energia internă a unui corp se poate modifica în două moduri:

1. La realizarea munca mecanica.

a) Dacă o forță exterioară provoacă deformarea corpului, atunci distanțele dintre particulele din care constă se modifică și, în consecință, se modifică energia potențială a interacțiunii particulelor. În cazul deformărilor inelastice, în plus, temperatura corpului se modifică, adică. se modifică energia cinetică a mișcării termice a particulelor. Dar când corpul este deformat, se lucrează, care este o măsură a schimbării energiei interne a corpului.

b) Energia internă a unui corp se modifică și în timpul ciocnirii sale inelastice cu un alt corp. După cum am văzut mai devreme, în timpul ciocnirii inelastice a corpurilor, energia lor cinetică scade, se transformă în energie internă (de exemplu, dacă loviți de mai multe ori un fir care se află pe o nicovală cu un ciocan, firul se va încălzi). Măsura modificării energiei cinetice a unui corp este, conform teoremei energiei cinetice, opera forțelor care acționează. Această muncă poate servi și ca măsură a modificărilor energiei interne.

c) Modificarea energiei interne a corpului are loc sub acțiunea forței de frecare, deoarece, după cum se știe din experiență, frecarea este întotdeauna însoțită de o modificare a temperaturii corpurilor de frecare. Lucrarea forței de frecare poate servi ca măsură a schimbării energiei interne.

2. Folosind transfer de căldură. De exemplu, dacă un corp este plasat într-o flacără a unui arzător, temperatura acestuia se va schimba și, prin urmare, energia sa internă se va schimba și ea. Totuși, aici nu s-a lucrat, deoarece nu a existat nicio mișcare vizibilă nici a corpului în sine, nici a părților sale.

Se numește schimbarea energiei interne a unui sistem fără a lucra schimb de caldura(transfer de căldură).

Există trei tipuri de transfer de căldură: conducție, convecție și radiație.

b) Convecție este transferul de căldură prin fluxuri încălzite de lichid sau gaz dintr-o parte a volumului pe care îl ocupă în alta.

c) Transfer de căldură la radiatii efectuate la distanță cu ajutorul undelor electromagnetice.

Să luăm în considerare mai detaliat cum să schimbăm energia internă.

Cantitatea de căldură

După cum știți, în timpul diferitelor procese mecanice, există o schimbare a energiei mecanice W. Măsura schimbării energiei mecanice este munca forțelor aplicate sistemului:

În timpul transferului de căldură, are loc o schimbare a energiei interne a corpului. Măsura modificării energiei interne în timpul transferului de căldură este cantitatea de căldură.

Cantitatea de căldură este o măsură a modificării energiei interne în timpul transferului de căldură.

Principala diferență dintre muncă și căldură este aceea

§ munca caracterizeaza procesul de modificare a energiei interne a sistemului, insotita de transformarea energiei de la un tip la altul (din mecanic la intern);

§ cantitatea de căldură caracterizează procesul de transfer al energiei interne de la un corp la altul (de la mai fierbinte la mai puțin fierbinte), neînsoțit de transformări energetice.

§ Capacitate termica, cantitatea de căldură consumată pentru a modifica temperatura cu 1 ° C. Conform unei definiții mai stricte, capacitate termică- mărime termodinamică, determinată de expresia:

§ unde Δ Q- cantitatea de căldură comunicată sistemului și a determinat o modificare a temperaturii acestuia de către Delta;T. Raportul diferențelor finite Δ Q/ΔT se numește medie capacitate termică, raportul valorilor infinitezimale d Q/dT- Adevărat capacitate termică. Pentru că d Q nu este o diferență totală a funcției de stat, atunci capacitate termică depinde de calea de tranziție între două stări ale sistemului. Distinge capacitate termică sistem în ansamblu (J/K), specific capacitate termică[J/(g K)], molar capacitate termică[J/(mol K)]. Toate formulele de mai jos folosesc valori molare capacitate termică.

Întrebarea 32:

Energia internă poate fi modificată în două moduri.

Cantitatea de căldură (Q) este modificarea energiei interne a corpului care are loc ca urmare a transferului de căldură.

Cantitatea de căldură este măsurată în sistemul SI în jouli.
[Q] = 1J.

Capacitatea termică specifică a unei substanțe arată câtă căldură este necesară pentru a modifica temperatura unei unități de masă a unei substanțe date cu 1 ° C.
Unitatea de măsură a capacității termice specifice în sistemul SI:
[c] = 1J/kg grade C.

Întrebarea 33:

33 Prima lege a termodinamicii, cantitatea de căldură primită de sistem duce la schimbarea energiei sale interne și la efectuarea lucrărilor asupra corpurilor externe. dQ=dU+dA, unde dQ este cantitatea elementară de căldură, dA este munca elementară, dU este creșterea energiei interne. Aplicarea primei legi a termodinamicii la izoprocese
Printre procesele de echilibru care au loc cu sistemele termodinamice, se numără izoprocesele, la care unul dintre principalii parametri de stare este menținut constant.
Procesul izocor (V= const). Schema acestui proces (izocor)în coordonate R, V este reprezentat ca o linie dreaptă paralelă cu axa y (Fig. 81), unde procesul 1-2 este încălzirea izocoră și 1 -3 - răcire izocorică. Într-un proces izocor, gazul nu lucrează asupra corpurilor externe, Proces izotermic (T= const). După cum sa menționat deja § 41, procesul izoterm este descris de legea Boyle-Mariotte
, pentru ca temperatura să nu scadă în timpul expansiunii gazului, este necesară alimentarea gazului cu o cantitate de căldură echivalentă cu munca externă de dilatare în timpul procesului izoterm.

Întrebarea 34:

34 Adiabatic se numește proces în care nu există schimb de căldură ( dQ= 0) între sistem și mediu. Procesele adiabatice includ toate procesele rapide. De exemplu, procesul de propagare a sunetului într-un mediu poate fi considerat un proces adiabatic, deoarece viteza de propagare a unei unde sonore este atât de mare încât schimbul de energie între undă și mediu nu are timp să aibă loc. Procesele adiabatice sunt utilizate în motoarele cu ardere internă (expandarea și comprimarea amestecului combustibil în cilindri), în unitățile frigorifice etc.
Din prima lege a termodinamicii ( dQ= d U+dA) pentru un proces adiabatic rezultă că
p /С V =γ , găsim