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
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?
3. Що таке теплопередача?
4. Які існують види теплопередачі? Дайте їх означення, наведіть приклади.
Немає коментарів:
Дописати коментар