Теорія 1

Тема: Тепловий стан тіл. Температура тіла. Вимірювання температури. Тепловий рух. Внутрішня енергія тіла і способи її зміни

Ми вже знайомі з поняттям механічної енергії тіл макросвіту і мікросвіту. Але, крім макро - і мегасвіту, існує мікросвіт, тобто світ атомів, в яких відбуваються різні явища. І вони нам не байдужі, тому, зараз подумки заглянемо всередину речовини. Кінетична енергія молекул і атомів речовина складається з атомів і молекул, які безперервно і хаотично рухаються. Кожна молекула має певну масу і швидкість, тобто має кінетичну енергію, яку можна визначити використовуючи вже відому вам формулу.

      Щоб визначити кінетичну енергію всіх атомів, необхідно енергію одного атома помножити на їх кількість.

Кінетична енергія атомів речовини є її внутрішньою кінетичної енергією. Вона не залежить від того, рухається тіло знаходиться в стані спокою. Її позначають UК.

     Визначаючи внутрішню кінетичну енергію тіла, ми допустили деяку неточність, оскільки швидкості різних атомів або молекул дещо відрізняються один від одного. Тому необхідно визначити середню кінетичну енергію атомів або молекул. Для цього суму їх кінетичних енергій необхідно розділити на кількість атомів або молекул.

       Внутрішня потенційна енергія тіла. Атоми і молекули, хаотично рухаючись, взаємодіють між собою. Між ними одночасно існують сили тяжіння і відштовхування. На певній відстані сили тяжіння і відштовхування рівні за модулем.

      При зближенні молекул більше стають сили відштовхування, тому швидкість молекул зменшується до нуля, після чого вони віддаляються один від одного.

Коли відстань між молекулами збільшується, сили тяжіння переважають сили відштовхування і швидкість їх видалення зменшується. При зближенні молекул більше є сили відштовхування, а при видаленні навпаки - сили тяжіння. На певній відстані між молекулами модулі цих сил рівні.

     Атоми і молекули, в результаті взаємодії між собою, мають потенційну енергію. Її називають внутрішньою потенційною енергією тіла. Позначають UП. Потенційна енергія взаємодії молекул залежить від їх кількості і взаємного розташування.

      Внутрішня енергія тіла. Потенційна енергія взаємодії атомів і молекул, кінетична енергія їх руху, а також енергія взаємодії і руху частинок, що входять до складу атомів і молекул, складають внутрішню енергію тіла. При русі атомів і молекул, а також при їх взаємодії, енергія, прихована всередині атомів і молекул, не змінюється. Тому під внутрішньою енергією речовини будемо розуміти енергію руху і взаємодії атомів і молекул речовини. Позначають U.

       Від чого залежить внутрішня енергія тіла. Кінетична енергія атомів залежить від маси кожного з них, швидкості їх руху і кількості. Маса молекул і їх кількість в даному тілі не змінюється, тому кінетична енергія молекул і атомів залежить від їх швидкості. Чим більше швидкість молекул тіла, тим більше його температура.

     Внутрішня енергія тіла збільшується при його нагріванні, так як підвищення температури є ознакою збільшення швидкості його молекул. При зниженні температури тіла його внутрішня енергія зменшується.

Зміна температури тіла є зовнішньою ознакою зміни його внутрішньої енергії.

      Зміна внутрішньої енергії тіла. Які існують способи зміни внутрішньої енергії тіла? Щоб відповісти на це питання, звернемося до нашого повсякденного досвіду. Ви наливаєте в чайник воду, включаєте електроплитку або запалюєте газ і через кілька хвилин можна заварювати чай.

Холодна вода нагрілася до кипіння. Її внутрішня енергія збільшується. За рахунок чого? Зрозуміло, що їй енергію передали нагріта електроплита або полум'я, яке утворюється при згоранні газу. Внутрішню енергію тіла можна збільшити, передавши її від інших, більш нагрітих тіл. Якщо тіло передає енергію іншим тілам, його внутрішня енергія зменшується.

         Робота і зміна внутрішньої енергії. Первісна людина навчилася добувати вогонь, зокрема, тертям двох паличок. Це було великим досягненням, яке підказує нам ще один шлях збільшення внутрішньої енергії тіл - виконання над ними роботи. Внутрішню енергію тіла можна збільшити, виконуючи над ним роботу.

Висновки

Історична довідка

                  Ідея про те, що теплота обумовлена ​​рухом дрібних часток, висловлювалася ще античними філософами. У XVII ст. подібної точки зору на природу теплоти дотримувалися Р. Декарт, Р. Бойль, Р. Гук, І. Ньютон. Однак подальший розвиток цього розділу фізичної науки на рубежі XVII-XVIII ст. в. привело до майже повсюдного визнання існування «теплороду» - особлива невагомою рідини, відповідальної за теплові явища. Започаткована Д. Бернуллі спроба математично обґрунтувати молекулярно-кінетичні погляди не отримала підтримки з боку західноєвропейських вчених. У 40-х рр. XVIII ст. до досліджень «причин теплоти і холоду» приступив Михайло Васильович Ломоносов. В одній зі своїх робіт він писав так: «... теплота полягає у внутрішньому русі матерії ...»