09.09.2022
Урок 4
Тема. Внутрішня енергія тіл. Кількість теплоти. Розв'язування задач.
Завдання:
- Опрацювати теоретичний матеріал за підручником Фізика 10, автор В. Г. Бар'яхтар, параграф 36, ст 216
- Переглянути відеоуроки, нище за посиланням
- Записати конспект в зошит
- Записати розв'зок задач з відео
- Відповісти на запитання
https://www.youtube.com/watch?v=FmS3rfOl80k
https://www.youtube.com/watch?v=Kp3tQBATCEI
https://www.youtube.com/watch?v=CQfWsJJEusg
https://www.youtube.com/watch?v=JPxdUM1hp4E
Внутрішня енергія і способи її зміни
МКТ стала загальновизнаною на межі XIX і XX століть. Задовго до її створення дослідженням теплових процесів займалася термодинаміка — розділ фізики, що вивчає співвідношення і перетворення теплової та інших форм енергії. В основі термодинаміки лежить поняття внутрішньої (теплової) енергії. Про внутрішню енергію та процеси, в результаті яких вона змінюється, ви дізнаєтесь із цього параграфа.
1. Внутрішня енергія та її особливості
Внутрішня енергія макроскопічного тіла визначається характером руху та взаємодії всіх мікрочастинок, з яких складається тіло (система тіл). Таким чином, до внутрішньої енергії слід віднести:
— кінетичну енергію хаотичного (теплового) руху частинок речовини (атомів, молекул, йонів);
— потенціальну енергію взаємодії частинок речовини;
— енергію взаємодії атомів у молекулах (хімічну енергію);
— енергію взаємодії електронів і ядра в атомі (внутрішньоатомну енергію);
— енергію взаємодії нуклонів у ядрі (внутрішньоядерну енергію).
Однак для описування теплових процесів є важливим не стільки значення внутрішньої енергії, як її зміна. У ході теплових процесів хімічна енергія, а також внутрішньоатомна і внутрішньоядерна енергії практично не змінюються. Саме тому внутрішня енергія в термодинаміці визначається як сума кінетичних енергій, хаотичного (теплового) руху частинок речовини (атомів, молекул, йонів), з яких складається тіло, і потенціальних енергій їх взаємодії.
Внутрішню енергію позначають символом U.
Одиниця внутрішньої енергії в СІ — джоуль: [U] = 1 Дж (J).
Особливості внутрішньої енергії ідеального газу
3. Внутрішня енергія — функція стану системи, тобто вона однозначно визначається основними макроскопічними параметрами (р, V, Т), що характеризують систему, і незалежно від того, яким чином систему переведено з одного стану в інший, зміна внутрішньої енергії буде однаковою.
4. Внутрішню енергію можна змінити двома способами: виконанням роботи і теплопередачею.
2. Які існують види теплопередачі
Теплопередача (теплообмін) — процес зміни внутрішньої енергії тіла або частин тіла без виконання роботи.
Процес теплопередачі можливий тільки в разі наявності різниці температур. Довільно внутрішня енергія завжди передається від більш нагрітого тіла до менш нагрітого. Чим більша різниця температур, тим швидше — за інших рівних умов — відбувається процес передачі тепла.
3. Як визначити кількість теплоти
Кількість теплоти Q — це фізична величина, що дорівнює енергії, яку тіло одержує (або віддає) в ході теплопередачі.
Одиниця кількості теплоти в СІ — джоуль: [Q] = 1 Дж (J).
Із курсу фізики 8 класу ви знаєте, що кількість теплоти, яка поглинається при нагріванні речовини (або виділяється при її охолодженні), обчислюють за формулою: Q = сmΔТ = cmΔt, де с — питома теплоємність речовини; m — маса речовини; ΔΤ = Т - Т0 = t - t0 — зміна температури.
Зверніть увагу! Добуток питомої теплоємності і маси речовини, з якої виготовлено тіло, називають теплоємністю тіла: С = сm.
Якщо відома теплоємність С тіла, то кількість теплоти Q, яку отримує тіло під час зміни температури на ΔΤ, обчислюють за формулою: Q = CΔT.
Розрахунок кількості теплоти в разі фазових переходів | |
Кристалічний стан ↔ Рідкий стан | Рідкий стан ↔ Газоподібний стан |
Температуру, за якої відбуваються фазові переходи «кристал → рідина» і «рідина → кристал», називають температурою плавлення — вона залежить від роду речовини і зовнішнього тиску. Кількість теплоти Q, яка поглинається при плавленні кристалічної речовини (або виділяється при кристалізації рідини), обчислюють за формулою: Q = λm, де m — маса речовини; λ — питома теплота плавлення. | Фазові переходи «рідина → пара» і «пара → рідина» відбуваються за будь-якої температури. Кількість теплоти Q, яка поглинається при пароутворенні (або виділяється при конденсації), обчислюють за формулою: Q = rm, або Q = Lm, де m — маса речовини; r(L) — питома теплота пароутворення за даної температури (зазвичай у таблицях подають питому теплоту пароутворення за температури кипіння рідини). |
Нагадаємо: і під час плавлення, і під час кипіння температура речовини не змінюється. | |
4. Учимося розв'язувати задачі
Задача 1. Неон масою 100 г міститься в колбі об’ємом 5,0 л. У процесі ізохорного охолодження тиск неону зменшився від 100 до 50 кПа. На скільки при цьому змінилися внутрішня енергія і температура неону?
Задача 2. Внутрішня алюмінієва посудина калориметра має масу 50 г і містить 200 г води за температури 30 °С. У посудину кинули кубики льоду за температури 0 °С, унаслідок чого температура води в калориметрі знизилася до 20 °С. Визначте масу льоду. Питомі теплоємності води та алюмінію дорівнюють: св = 4200 Дж/(кг • К), сAl = 920 Дж/(кг • К); питома теплота плавлення льоду — 334 кДж/кг.
Аналіз фізичної проблеми. Калориметр має таку будову, що теплообмін із довкіллям майже відсутній, тому для розв’язання задачі скористаємося рівнянням теплового балансу. У теплообміні беруть участь три тіла: вода, внутрішня посудина калориметра, лід.
Підбиваємо підсумки
• Внутрішню енергію можна змінити двома способами: виконанням роботи і теплопередачею. Теплопередача (теплообмін) — процес зміни внутрішньої енергії тіла або частин тіла без виконання роботи. Існує три види теплопередачі: теплопровідність, конвекція, випромінювання.
• Фізичну величину, що дорівнює енергії, яку тіло одержує або віддає в ході теплопередачі, називають кількістю теплоти Q. Кількість теплоти можна обчислити за формулами: Q = сmΔТ = СΔТ — кількість теплоти, яка поглинається при нагріванні тіла (або виділяється при його охолодженні); Q = λm — кількість теплоти, яка поглинається при плавленні речовини (або виділяється при її кристалізації); Q = Lm — кількість теплоти, яка поглинається при пароутворенні речовини (або виділяється при її конденсації).
Контрольні запитання
1. Дайте означення внутрішньої енергії.
2. Які способи зміни внутрішньої енергії ви знаєте?
Немає коментарів:
Дописати коментар