Внутренняя энергия

Конспект по физике для 8 класса «Внутренняя энергия». ВЫ УЗНАЕТЕ: Что такое внутренняя энергия тела. От каких факторов зависит внутренняя энергия.

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике

---

Внутренняя энергия

Механическая энергия тела складывается из его потенциальной и кинетической энергий. Один из самых фундаментальных законов природы — закон сохранения энергии гласит, что энергия никогда не исчезает и не возникает «из ничего», она только переходит из одного вида в другой и от одного тела к другому.

ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ

Поднимем резиновый мячик над полом и отпустим его. Мячик начнёт падать на пол, и его потенциальная энергия будет переходить в кинетическую. После падения мячик отскочит вверх, а его кинетическая энергия будет превращаться в потенциальную. Высота, на которую подпрыгивает мячик, с каждым разом становится всё меньше, и мячик останавливается. Означает ли это, что нарушился основной закон механики и энергия бесследно исчезла?

В опыте с резиновым мячиком причина убывания механической энергии заключается в наличии сил трения, связанных с сопротивлением воздуха и деформациями в материале мяча и пола. Механическая энергия тратится на работу, совершаемую против сил трения, и в итоге переходит в энергию молекул. При движении в воздухе с небольшими скоростями тела практически не нагреваются. Однако при движении с большими скоростями нагревание уже заметно (движение пули, движение космического корабля при запуске и посадке и пр.).

Проведем ещё один опыт. Для этого возьмём свинцовую плиту. Поднимем над ней свинцовый шар и отпустим. Подняв шар, мы сообщаем ему запас потенциальной энергии. При падении шар опускается всё ниже и ниже, и его потенциальная энергия уменьшается. Но в то же время скорость шара увеличивается, следовательно, кинетическая энергия возрастает. После того как шар ударится о плиту, он остановится.

Кинетическая и потенциальная энергии шара относительно плиты в этот момент равны нулю. Куда исчезла механическая энергия шара?

Механическая энергия превратилась в другую форму энергии. После удара состояние шара и плиты изменилось — они деформировались. На плите образовалась небольшая вмятина, а шар немного сплющился. Если измерить их температуру сразу после удара, обнаружится, что и шар, и плита нагрелись. Следовательно, изменился характер движения частиц, составляющих эти тела. А значит, изменилась и их энергия.

Увеличение температуры связано с увеличением кинетической энергии молекул (атомов) тела. Вы знаете, что характер взаимодействия молекул друг с другом зависит от расстояний между ними: они либо притягиваются, либо отталкиваются. Это означает, что молекулы (атомы) обладают также и потенциальной энергией. Деформация тела приводит к изменению взаимного расположения его молекул и соответственно их потенциальной энергии. Рассматривая наш опыт, можно утверждать, что механическая энергия, которой обладал шар вначале, не исчезла бесследно. Произошла деформация тела, изменилась его температура, т. е. изменились потенциальная и кинетическая энергии частиц, составляющих данное тело.

ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ (определение)

Энергию движения и взаимодействия частиц, из которых состоят тела, называют внутренней энергией тела. Внутреннюю энергию обозначают буквой U. Единицей внутренней энергии является джоуль (1 Дж).

ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ

Чем больше скорость движения молекул (а следовательно, и их кинетическая энергия), тем выше температура тела. Значит, внутренняя энергия тела зависит от температуры тела.

При повышении температуры внутренняя энергия тела увеличивается, так как увеличивается средняя кинетическая энергия молекул.

При понижении температуры внутренняя энергия уменьшается.

Внутренняя энергия тела зависит от его агрегатного состояния. Действительно, в твёрдых телах, жидкостях и газах различаются как расстояния между молекулами, так и характер движения самих молекул. Следовательно, различны и потенциальная и кинетическая энергии молекул.

Внутренняя энергия тела складывается из потенциальной и кинетической энергий всех его молекул. Поэтому, чем больше молекул в теле, тем больше его внутренняя энергия. Так как масса тела складывается из масс составляющих его частиц, то внутренняя энергия зависит от массы тела при прочих равных условиях.

Причиной изменения внутренней энергии может служить также химическая реакция, т. е. реакция, в результате которой одно вещество превращается в другое, отличающееся по свойствам и составу. При такой реакции атомы и молекулы перегруппировываются, что, как правило, влечёт за собой изменение их потенциальной и кинетической энергий.

ОТ ЧЕГО НЕ ЗАВИСИТ ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ

Внутренняя энергия тела не зависит ни от механического движения тела как целого, ни от положения этого тела относительно других тел. Например, внутренняя энергия нагретого до кипения чайника с водой не зависит от того, стоит ли он на столе, или его несут из одной комнаты в другую.

ВСЕОБЩИЙ ХАРАКТЕР ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ

В процессе изучения тепловых явлений физикам стало понятно, что при переходе механической энергии во внутреннюю полная энергия сохраняется. С развитием физики человечество открывало всё новые и новые виды энергии.

Фундаментальность закона сохранения энергии заключается в том, что, несмотря на возможные переходы энергии из одной формы в другую, полная энергия остаётся величиной постоянной.

---

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Внутренняя энергия». Что такое внутренняя энергия тела. От каких факторов зависит внутренняя энергия.

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).