Vnitřní energie plynu: způsoby změny vnitřní energie. Vnitřní energie

Témata kodifikátoru jednotné státní zkoušky: vnitřní energie, přenos tepla, druhy přenosu tepla.

Částice jakéhokoli tělesa - atomy nebo molekuly - vykonávají chaotický nepřetržitý pohyb (tzv tepelný pohyb). Každá částice má tedy určitou kinetickou energii.

Navíc částice hmoty na sebe vzájemně působí prostřednictvím sil elektrické přitažlivosti a odpuzování, stejně jako prostřednictvím jaderných sil. Potenciální energii má tedy i celý systém částic daného tělesa.

Kinetická energie tepelného pohybu částic a potenciální energie jejich vzájemného působení spolu tvoří nový typ energie, která není redukována na mechanickou energii tělesa (tj. kinetická energie pohybu tělesa jako celku a potenciální energie jeho interakce s jinými tělesy). Tento typ energie se nazývá vnitřní energie.

Vnitřní energie tělesa je celková kinetická energie tepelného pohybu jeho částic plus potenciální energie jejich vzájemné interakce..

Vnitřní energie termodynamického systému je součtem vnitřních energií těles obsažených v systému.

Vnitřní energie těla je tedy tvořena následujícími pojmy.

1. Kinetická energie nepřetržitého chaotického pohybu tělesných částic.
2. Potenciální energie molekul (atomů), způsobená silami mezimolekulární interakce.
3. Energie elektronů v atomech.
4. Vnitrojaderná energie.

V případě nejjednoduššího modelu hmoty - ideálního plynu - lze získat explicitní vzorec pro vnitřní energii.

Vnitřní energie monoatomického ideálního plynu

Potenciální energie interakce mezi částicemi ideálního plynu je nulová (připomeňme, že v modelu ideálního plynu zanedbáváme interakci částic na dálku). Vnitřní energie monoatomického ideálního plynu je proto redukována na celkovou kinetickou energii translačního (u víceatomového plynu je třeba vzít v úvahu i rotaci molekul a vibrace atomů v molekulách) pohybu jeho atomů. Tuto energii lze nalézt vynásobením počtu atomů plynu průměrnou kinetickou energií jednoho atomu:

Vidíme, že vnitřní energie ideálního plynu (jehož hmotnost a chemické složení se nemění) je funkcí pouze jeho teploty. U reálného plynu, kapaliny nebo pevné látky bude vnitřní energie záviset i na objemu - při změně objemu se totiž mění i vzájemné uspořádání částic a v důsledku toho i potenciální energie jejich interakce.

Stavová funkce

Nejdůležitější vlastností vnitřní energie je, že je státní funkce termodynamický systém. Vnitřní energie je totiž jednoznačně určena souborem makroskopických parametrů charakterizujících systém a nezávisí na „prehistorii“ systému, tzn. na tom, v jakém stavu byl systém předtím a jak konkrétně v tomto stavu skončil.

Když tedy systém přechází z jednoho stavu do druhého, změna jeho vnitřní energie je určena pouze počátečním a konečným stavem systému a nezávisí z cesty přechodu z výchozího stavu do konečného stavu. Pokud se systém vrátí do původního stavu, pak je změna jeho vnitřní energie nulová.

Zkušenosti ukazují, že existují pouze dva způsoby, jak změnit vnitřní energii těla:

Provádění mechanických prací;
přenos tepla.

Jednoduše řečeno, konvici můžete ohřívat pouze dvěma zásadně odlišnými způsoby: potírat ji něčím nebo ji zapálit :-) Pojďme se na tyto metody podívat podrobněji.

Změna vnitřní energie: vykonaná práce

Pokud je práce hotová nad těla, pak se zvyšuje vnitřní energie těla.

Například hřebík se po úderu kladivem zahřeje a mírně zdeformuje. Ale teplota je mírou průměrné kinetické energie částic v tělese. Zahřívání hřebíku ukazuje na zvýšení kinetické energie jeho částic: ve skutečnosti jsou částice urychlovány úderem kladiva a třením hřebíku o desku.

Deformace není nic jiného než posunutí částic vůči sobě navzájem; Po nárazu dochází u hřebu k tlakové deformaci, jeho částice se k sobě přibližují, odpudivé síly mezi nimi se zvyšují, což vede ke zvýšení potenciální energie částic hřebu.

Vnitřní energie nehtu se tedy zvýšila. To byl výsledek práce na něm odvedené – práci odvedlo kladivo a třecí síla na prkně.

Pokud je práce hotová sebe těla, pak vnitřní energie těla klesá.

Nechte např. stlačený vzduch v tepelně izolované nádobě pod pístem expandovat a zvedat určitou zátěž, a tím vykonávat práci (proces v tepelně izolované nádobě je tzv. adiabatické. Budeme studovat adiabatický proces uvažováním prvního zákona termodynamiky). Během tohoto procesu se vzduch ochladí - jeho molekuly, narážející na pohybující se píst, mu dávají část své kinetické energie. (Stejně tak fotbalista, který nohou zastaví rychle letící míč, s ním udělá pohyb z míček a tlumí jeho rychlost.) Proto se vnitřní energie vzduchu zmenšuje.

Vzduch tedy pracuje na úkor své vnitřní energie: protože nádoba je tepelně izolována, nedochází k proudění energie do vzduchu z žádných vnějších zdrojů a vzduch může čerpat energii k práci pouze ze svých vlastních zásob. .

Změna vnitřní energie: přenos tepla

Přenos tepla je proces přenosu vnitřní energie z teplejšího tělesa na chladnější, který není spojen s výkonem mechanické práce.. K přenosu tepla může dojít buď přímým kontaktem těles, nebo přes mezilehlé médium (a dokonce i přes vakuum). Přenos tepla se také nazývá výměna tepla.

Existují tři typy přenosu tepla: vedení, proudění a tepelné záření.

Nyní se na ně podíváme podrobněji.

Tepelná vodivost

Pokud vložíte jeden konec železné tyče do ohně, pak, jak víme, nebudete ji držet v ruce dlouho. Jakmile jsou v oblasti vysoké teploty, atomy železa začnou vibrovat intenzivněji (tj. získávají další kinetickou energii) a způsobují silnější dopady na své sousedy.

Kinetická energie sousedních atomů se také zvyšuje a nyní tyto atomy předávají další kinetickou energii svým sousedům. Takže od sekce k sekci se teplo postupně šíří podél tyče - od konce položeného v ohni k naší ruce. Jedná se o tepelnou vodivost (obr. 1) (obrázek z educationelectronicsusa.com).

Rýže. 1. Tepelná vodivost

Tepelná vodivost je přenos vnitřní energie z více zahřátých oblastí těla do méně zahřátých v důsledku tepelného pohybu a interakce částic těla.

Tepelná vodivost různých látek je různá. Kovy mají vysokou tepelnou vodivost: nejlepšími vodiči tepla jsou stříbro, měď a zlato. Tepelná vodivost kapalin je mnohem menší. Plyny vedou teplo tak špatně, že jsou považovány za tepelné izolátory: molekuly plynu, kvůli velkým vzdálenostem mezi nimi, spolu slabě interagují. To je důvod, proč se například okna vyrábějí s dvojitými rámy: vrstva vzduchu zabraňuje úniku tepla).

Porézní tělesa jako cihla, vata nebo kožešina jsou proto špatnými vodiči tepla. Obsahují vzduch ve svých pórech. Ne nadarmo jsou cihlové domy považovány za nejteplejší a v chladném počasí lidé nosí kožichy a bundy s vrstvou prachového peří nebo syntetické výplně.

Ale když vzduch tak špatně vede teplo, tak proč se místnost zahřívá od radiátoru?

To se děje kvůli jinému typu přenosu tepla - konvekci.

Proudění

Konvekce je přenos vnitřní energie v kapalinách nebo plynech v důsledku cirkulace toků a míšení hmoty.

Vzduch v blízkosti baterie se zahřívá a expanduje. Gravitační síla působící na tento vzduch zůstává stejná, ale vztlaková síla z okolního vzduchu se zvětšuje, takže ohřátý vzduch začne plout ke stropu. Na jeho místo přichází studený vzduch (stejný proces, ale v mnohem větším měřítku, se v přírodě neustále vyskytuje: takto vzniká vítr), s nímž se opakuje totéž.

V důsledku toho je zajištěna cirkulace vzduchu, která slouží jako příklad konvekce - šíření tepla v místnosti je prováděno proudy vzduchu.

Zcela podobný proces lze pozorovat v kapalinách. Když na sporák postavíte konvici nebo pánev s vodou, voda se ohřívá především konvekcí (příspěvek tepelné vodivosti vody je velmi nevýznamný).

Konvekční proudy ve vzduchu a kapalině jsou znázorněny na Obr. 2 (obrázky z fyziky.arizona.edu).

Rýže. 2. Konvekce

V pevných látkách nedochází k žádné konvekci: interakční síly mezi částicemi jsou velké, částice oscilují v blízkosti pevných prostorových bodů (uzlů krystalové mřížky) a za takových podmínek se nemohou tvořit žádné toky hmoty.

Pro cirkulaci konvekčních proudů při vytápění místnosti je nutné, aby ohřátý vzduch byl prostor se vynořit. Pokud je radiátor instalován pod stropem, pak nedojde k cirkulaci - teplý vzduch zůstane pod stropem. Proto jsou umístěna topná zařízení dolů pokoje. Ze stejného důvodu se nasazuje konvice na oheň, v jehož důsledku zahřáté vrstvy vody, stoupající, ustupují chladnějším.

Naopak, klimatizace by měla být umístěna co nejvýše: pak začne ochlazený vzduch klesat a na jeho místo nastoupí teplejší vzduch. Cirkulace půjde v opačném směru než pohyb proudění při vytápění místnosti.

Tepelné záření

Jak Země přijímá energii ze Slunce? Tepelné vedení a konvekce jsou vyloučeny: dělí nás 150 milionů kilometrů bezvzduchového prostoru.

Funguje zde třetí typ přenosu tepla - tepelné záření. Záření se může šířit jak v hmotě, tak ve vakuu. Jak vzniká?

Ukazuje se, že elektrická a magnetická pole spolu úzce souvisí a mají jednu pozoruhodnou vlastnost. Mění-li se elektrické pole s časem, pak generuje magnetické pole, které se, obecně řečeno, s časem také mění (podrobněji o tom bude pojednáno v listu o elektromagnetické indukci). Střídavé magnetické pole zase generuje střídavé elektrické pole, které opět generuje střídavé magnetické pole, které opět generuje střídavé elektrické pole...

V důsledku vývoje tohoto procesu elektromagnetická vlna- elektrická a magnetická pole „zapojená“ do sebe. Elektromagnetické vlnění má stejně jako zvuk rychlost šíření a frekvenci – v tomto případě je to frekvence, se kterou ve vlně kolísá velikost a směr polí. Viditelné světlo je speciální případ elektromagnetických vln.

Rychlost šíření elektromagnetických vln ve vakuu je obrovská: km/s. Světlo tedy cestuje ze Země na Měsíc za něco málo přes sekundu.

Frekvenční rozsah elektromagnetických vln je velmi široký. O měřítku elektromagnetických vln si povíme více v příslušném letáku. Zde si jen všimneme, že viditelné světlo je nepatrný rozsah tohoto rozsahu. Pod ním jsou frekvence infračerveného záření, nad ním jsou frekvence ultrafialového záření.

Připomeňme si nyní, že atomy, i když jsou obecně elektricky neutrální, obsahují kladně nabité protony a záporně nabité elektrony. Tyto nabité částice, vykonávající chaotický pohyb společně s atomy, vytvářejí střídající se elektrická pole a tím vyzařují elektromagnetické vlny. Tyto vlny se nazývají tepelné záření- jako připomínka, že jejich zdrojem je tepelný pohyb částic hmoty.

Zdrojem tepelného záření je jakékoli těleso. V tomto případě záření unáší část své vnitřní energie. Po setkání s atomy jiného tělesa je záření urychluje svým oscilujícím elektrickým polem a vnitřní energie tohoto tělesa se zvyšuje. Takhle se vyhříváme na slunečních paprscích.

Za normálních teplot leží frekvence tepelného záření v infračervené oblasti, takže ho oko nevnímá (nevidíme, jak „záříme“). Když se těleso zahřeje, jeho atomy začnou vysílat vlny vyšších frekvencí. Železný hřebík lze rozžhavit – přivést na takovou teplotu, aby jeho tepelné záření dosáhlo spodní (červené) části viditelného rozsahu. A Slunce se nám jeví jako žlutobílé: teplota na povrchu Slunce je tak vysoká, že jeho spektrum záření obsahuje všechny frekvence viditelného světla, a dokonce i ultrafialového, díky kterému se opalujeme.

Podívejme se znovu na tři typy přenosu tepla (obrázek 3) (obrázky z beodom.com).

Rýže. 3. Tři typy přenosu tepla: vedení, proudění a sálání

TEPLOTA A JEJÍ MĚŘENÍ.

[Q]=J. Q=DU.

TEPELNÉ PROCESY.

Tání a krystalizace.

Stejná látka může být za určitých podmínek v pevném, kapalném a plynném skupenství nazývána skupenstvím agregátním.

PŘECHOD Z PEVNÉHO STAVU DO KAPALNÉHO STAVU SE NAZÝVÁ TAVENÍ. K tání dochází při teplotě zvané bod tání. Teploty tání látek jsou různé, protože jejich struktura je jiná. Bod tání je tabulková hodnota. Během procesu tavení se teplota nemění, protože dodané teplo je vynaloženo na destrukci krystalické mřížky pevné látky.

MNOŽSTVÍ TEPLA POTŘEBNÉ K PŘEMĚNĚ 1 KG PEVNÉ LÁTKY PŘI TEPLOTĚ TAVENÍ NA KAPALINU PŘI STEJNÉ TEPLOTĚ SE NAZÝVÁ SPECIFICKÉ TEPLO TAVENÍ. [l] = J/kg.

KRYSTALIZACE JE PROCES PŘECHODU LÁTKY Z KAPALNÉHO DO PEVNÉHO STAVU. Teplota tání látky se rovná její krystalizační teplotě. Stejně jako v procesu tavení se teplota během krystalizace nemění, protože Při krystalizaci se uvolňuje teplo, které bylo kdysi vynaloženo na roztavení tělesa. Udržuje konstantní teplotu krystalizujícího tělesa. V souladu se zákonem zachování energie se při výpočtu množství tepla uvolněného při krystalizaci používá stejný vzorec jako při tavení. Aby se ukázal směr přenosu tepla, je do něj zavedeno znaménko mínus.

Odpařování a kondenzace.

VYPAŘOVÁNÍ JE PROCES PŘECHODU LÁTKY Z KAPALNÉHO DO PLYNÉHO STAVU. Molekuly kapaliny se navzájem přitahují, takže z kapaliny mohou vyletět pouze nejrychlejší molekuly s vysokou kinetickou energií. Pokud nedochází k tepelnému toku, teplota vypařující se kapaliny klesá. Rychlost odpařování závisí na teplotě kapaliny, jejím povrchu, druhu kapaliny a přítomnosti větru nad jejím povrchem.

KONDENZACE JE PŘEMĚNA KAPALINY V PÁRU. V otevřené nádobě rychlost odpařování převyšuje rychlost kondenzace. V uzavřené nádobě jsou rychlosti odpařování a kondenzace stejné.

Při zahřívání kapaliny začíná uvolňování vzduchu rozpuštěného v kapalině u dna a stěn nádoby. Uvnitř těchto bublin se odpařuje kapalina. Pod vlivem Archimedovy síly se bubliny odtrhnou od stěn nádoby a vyplavou nahoru. Dostávají se do ještě nezahřáté kapaliny a pára kondenzuje. Bubliny se zhroutí. Současně je slyšet charakteristický hluk.

Když se kapalina zahřeje, kondenzace páry v bublinách se zastaví. A bublina páry, která se zvětšuje v důsledku probíhajícího odpařování, dosáhne povrchu kapaliny, praskne a uvolní páru, kterou obsahuje, do atmosféry. Kapalina se vaří. VAR JE TVORBA PÁRY PROBÍHAJÍCÍ V CELÉM OBJEMU KAPALINY . K varu dochází při teplotě zvané bod varu, která závisí na druhu kapaliny a tlaku nad jejím povrchem. S klesajícím vnějším tlakem klesá bod varu kapaliny. Během procesu varu zůstává teplota kapaliny konstantní, protože dodaná energie se vynakládá na překonání vzájemné přitažlivosti molekul kapaliny.

MNOŽSTVÍ TEPLA POTŘEBNÉ K PŘEMĚNĚ 1 KG KAPALINY V PÁRU O STEJNÉ TEPLOTĚ SE NAZÝVÁ SPECIFICKÉ TEPLO VZNIKU PÁRY.

[L] = J/kg. Měrné výparné teplo je pro různé kapaliny různé a jeho číselná hodnota je tabulková. Pro výpočet množství tepla potřebného k odpaření kapaliny se musí měrné teplo vypařování této kapaliny vynásobit hmotností odpařené kapaliny.

Při kondenzaci páry se uvolňuje stejné množství tepla, jaké bylo vynaloženo na její odpařování. K intenzivní kondenzaci páry dochází při kondenzační teplotě rovné bodu varu.

Spalování paliva. SPECIFICKÉ TEPLO SPALOVÁNÍ PALIVA - MNOŽSTVÍ TEPLA UVOLNĚNÉ PŘI ÚPLNÉM SHOŘENÍ 1 KG PALIVA . [q] = J/kg. Stejně jako všechny ostatní měrné hodnoty je měrné spalné teplo paliva tabulkovou hodnotou. Pro výpočet množství tepla uvolněného při úplném spálení paliva je třeba vynásobit měrné spalné teplo paliva hmotností paliva.

Spalování paliva je nevratný proces, tzn. proudí pouze jedním směrem.

COULLOMBŮV ZÁKON.

Bodový náboj je náboj umístěný na tělese, jehož velikost a tvar lze za daných podmínek zanedbat. Zákon vzájemného působení stacionárních bodových nábojů nalezl experimentálně pomocí torzních vah C. Coulomb v roce 1785.

Torzní váha je lehký izolační nosník s malými vodivými kuličkami připevněnými na jeho koncích, z nichž jedna není zapojena do experimentu, ale slouží pouze jako protizávaží. Vahadlo je zavěšeno na tenké elastické niti. Třetí, podobně nabitá koule spadne dovnitř víkem zařízení. Jedna z rockerových koulí je přitahována k vložené kouli. V tomto případě se náboj mezi ně rozdělí na polovinu, tzn. koule budou mít náboje stejného jména a stejné velikosti. Kuličky se budou navzájem odpuzovat. Síla vzájemného působení mezi kuličkami se měří úhlem zkroucení závitu. Velikost náboje lze změnit vyjmutím třetí kuličky ze zařízení a vyjmutím náboje z něj. Po zavedení do zařízení a novém oddělení nábojů zůstane na kuličkách polovina původního náboje. Coulomb to zjistil změnou velikosti nábojů a vzdáleností mezi nimi SÍLA INTERAKCE BODOVÝCH NÁPLŇŮ JE PŘÍMO ÚMĚRNÁ MODULU NÁBOŽŮ A NEPŘÍPADNĚ ÚMĚRNÁ 2. KVATORU VZDÁLENOSTI MEZI NIMI . Bodové náboje jsou náboje umístěné na tělesech, jejichž velikost a tvar lze v této konkrétní situaci zanedbat.

F~q1, F~q2, F~1/r2 Þ F~½q 1 ½½q 2½/r2.

Navíc bylo zjištěno, že síla interakce mezi náboji ve vakuu je větší než v jakémkoli dielektrickém prostředí. Veličina, která ukazuje, kolikrát je síla interakce mezi náboji ve vakuu větší než v daném prostředí, se nazývá dielektrická konstanta prostředí. Dielektrická konstanta média je tabulková hodnota.

e = F v /F. [e] = 1.

Experimentálně bylo zjištěno, že koeficient úměrnosti v Coulombově zákoně k = 9 * 1O 9 Nm 2 / C 2 je síla, kterou by dva bodové náboje po 1 C interagovaly ve vakuu ve vzdálenosti 1 m.

F = k |q 1 | |q 2 |/ er 2 .

Coulombův zákon platí i pro nabité míče. V tomto případě je r chápáno jako vzdálenost mezi jejich středy.

OHMŮV ZÁKON PRO OKRUHOVÝ ÚSEK.

Zvýšení rozdílu potenciálu na koncích vodiče způsobí zvýšení proudové síly v něm. Ohm experimentálně prokázal, že proudová síla ve vodiči je přímo úměrná rozdílu potenciálu na něm.

Když jsou ke stejnému elektrickému obvodu připojeni různí spotřebitelé, je v nich proudová síla odlišná. To znamená, že různí spotřebitelé brání průchodu elektrického proudu různými způsoby. FYZIKÁLNÍ VELIČINA CHARAKTERIZUJÍCÍ SCHOPNOST VODIČA ZABRÁNIT JÍM PRŮCHODU ELEKTRICKÉHO PROUDU SE NAZÝVÁ ELEKTRICKÝ ODPOR. . Odpor daného vodiče je stálá hodnota při konstantní teplotě. S rostoucí teplotou se zvyšuje odpor kovů a klesá odpor kapalin. [R] = Ohm. 1 Ohm je odpor vodiče, kterým protéká proud 1 A s rozdílem potenciálů 1 V na jeho koncích. Nejčastěji se používají kovové vodiče. Nosiče proudu v nich jsou volné elektrony. Při pohybu po vodiči interagují s kladnými ionty krystalové mřížky, dodávají jim část energie a ztrácejí rychlost. Pro získání požadovaného odporu použijte odporový zásobník. Zásobník odporu je sada drátěných spirál se známými odpory, které mohou být zahrnuty do obvodu v požadované kombinaci.

Ohm to experimentálně zjistil SOUČASNÁ SÍLA V HOMOGENNÍM ÚSEKU OBVODU JE PŘÍMO ÚMĚRNÁ POTENCIÁLNÍMU ROZDÍLU NA KONCÍCH TOHOTO ÚSEKU A INVERZNĚ ÚMĚRNÁ ODPORU TOHOTO ÚSEKU.

Homogenní úsek obvodu je úsek, ve kterém nejsou žádné zdroje proudu. Toto je Ohmův zákon pro homogenní úsek obvodu - základ všech elektrických výpočtů.

Včetně vodičů různých délek, různých průřezů, vyrobených z různých materiálů, bylo zjištěno: ODPOR VODIČU JE PŘÍMO ÚMĚRNÝ DÉLCE VODIČU A NEPŘÍMÁ ÚMĚRNÝ PLOCHĚ JEHO PRŮŘEZU. ODOLNOST KOSTKY S HRANOU 1 METRU, VYROBENÉ Z NĚJAKÉ LÁTKY, POKUD PROUD JDE KOLEMNĚ NA JEHO PROTÁŽNÉ TĚLA, SE NAZÝVÁ SPECIFICKÁ ODOLNOST TÉTO LÁTKY. . [r] = Ohm m Často se používá nesystémová jednotka odporu - odpor vodiče o průřezu 1 mm 2 a délce 1 m. m

Specifický odpor látky je tabulková hodnota. Odpor vodiče je úměrný jeho odporu.

Působení posuvných a stupňových reostatů je založeno na závislosti odporu vodiče na jeho délce. Posuvný reostat je keramický válec s navinutým niklovým drátem. Reostat se k obvodu připojuje pomocí jezdce, který zahrnuje větší nebo menší délku vinutí v obvodu. Drát je pokryt vrstvou okují, která závity od sebe izoluje.

A) SÉRIOVÉ A PARALELNÍ PŘIPOJENÍ SPOTŘEBITELŮ.

V elektrickém obvodu je často zahrnuto několik proudových spotřebičů. Je to dáno tím, že není racionální, aby každý spotřebitel měl svůj vlastní zdroj proudu. Existují dva způsoby připojení spotřebitelů: sériové a paralelní připojení a jejich kombinace ve formě smíšeného připojení.

a) Sériové připojení spotřebičů.

Při sériovém zapojení tvoří spotřebiče souvislý řetězec, ve kterém jsou spotřebiče připojeny jeden po druhém. Při sériovém zapojení nevznikají žádné odbočky propojovacích vodičů. Pro jednoduchost uvažujme obvod dvou sériově zapojených spotřebičů. Elektrický náboj, který projde jedním ze spotřebičů, projde i druhým, protože ve vodiči spojujícím spotřebitele nemůže dojít k zániku, vzniku nebo hromadění nábojů. q=q1=q2. Podělením výsledné rovnice dobou průchodu proudu obvodem získáme vztah mezi proudem protékajícím celým zapojením a proudy procházejícími jeho úseky.

Je zřejmé, že práce na přesunutí jediného kladného náboje skrz sloučeninu sestává z práce na přesunutí tohoto náboje přes všechny její sekce. Tito. V=Vi+V2 (2).

Celkový potenciálový rozdíl mezi sériově zapojenými spotřebiči se rovná součtu potenciálních rozdílů mezi spotřebiči.

Vydělme obě strany rovnice (2) proudem v obvodu, dostaneme: U/I=V 1 /I+V 2 /I. Tito. Odpor celého sériově zapojeného úseku je roven součtu odporů napětí jeho součástí.

B) Paralelní připojení spotřebičů.

Toto je nejběžnější způsob, jak umožnit spotřebitelům. Tímto spojením jsou všichni spotřebitelé připojeni ke dvěma bodům společným pro všechny spotřebitele.

Při průchodu paralelním zapojením se elektrický náboj protékající obvodem rozdělí na několik částí, směřujících k jednotlivým spotřebičům. Podle zákona zachování náboje q=q 1 +q 2. Vydělením této rovnice dobou průchodu náboje získáme vztah mezi celkovým proudem protékajícím obvodem a proudy protékajícími jednotlivými spotřebiči.

V souladu s definicí potenciálového rozdílu V=V 1 = V 2 (2).

Podle Ohmova zákona pro úsek obvodu nahradíme proudové síly v rovnici (1) poměrem rozdílu potenciálu k odporu. Dostaneme: V/R=V/R 1 + V/R 2. Po redukci: 1/R=1/R1+1/R2,

těch. převrácená hodnota odporu paralelního zapojení je rovna součtu převrácených hodnot odporů jeho jednotlivých větví.

KIRCHHOFFOVA PRAVIDLA.

Kirchhoffova pravidla se používají k výpočtu rozvětvených elektrických obvodů.

Bod v obvodu, kde se protínají tři nebo více vodičů, se nazývá uzel. Podle zákona zachování náboje je součet proudů vstupujících do uzlu a vystupujících roven nule. I = O. (první Kirchhoffovo pravidlo). ALGEBRAICKÝ SOUČET PROUDŮ PROCHÁZEJÍCÍCH UZLEM SE ROVNE NULE.

Proud vstupující do uzlu je považován za kladný, přičemž z uzlu vychází záporný. Směry proudů v úsecích obvodu lze volit libovolně.

Z rovnice (2) vyplývá, že PŘI OBCHÁZENÍ JAKÉKOLI UZAVŘENÉ SMYČKY SE ALGEBRAICKÝ SOUČET POKLESU NAPĚTÍ ROVNE ALGEBRAICKÉMU SOUČTU EMF V TOMTO OBVODU , - (druhé Kirchhoffovo pravidlo).

Směr přejíždění obrysu se volí libovolně. Napětí v části obvodu je považováno za kladné, pokud se směr proudu v této části shoduje se směrem obcházení obvodu. EMF je považováno za kladné, pokud při průchodu obvodem zdroj přechází ze záporného pólu na kladný.

Pokud řetězec obsahuje m uzlů, pak lze pomocí prvního pravidla sestavit m - 1 rovnic. Každá nová rovnice musí obsahovat alespoň jeden nový prvek. Celkový počet rovnic sestavených podle Kirchhoffových pravidel se musí shodovat s počtem úseků mezi uzly, tzn. s počtem proudů.

PERMANENTNÍ MAGNETY.

Zesílení magnetického pole solenoidu, když je do něj zavedeno železné jádro, je způsobeno tím, že železo v magnetickém poli je zmagnetizováno a jeho magnetické pole, superponované na magnetické pole cívky, jej zesiluje. Železo je vysoce magnetický materiál, který zahrnuje také nikl, kobalt, gadolinium a jejich sloučeniny. Magnetizace železného jádra zůstává i po jeho vyjmutí z cívky. Těleso, které si zachovává magnetické vlastnosti, se nazývá permanentní magnet. Každý permanentní magnet má dva póly – severní a jižní. To jsou místa na magnetu, kde je magnetické pole největší. Stejně jako se póly magnetů odpuzují, opačné póly se přitahují. Konfiguraci pole permanentních magnetů lze snadno prozkoumat pomocí železných pilin.

Přirozeně zmagnetizované kusy železa nebo železné rudy se používaly již ve staré Číně k orientaci na Zemi, která je sama o sobě obrovským permanentním magnetem. Jižní magnetický pól Země se nachází v oblasti severního geografického pólu, ale neshoduje se s ním, severní magnetický pól je v oblasti jižního geografického pólu. Poloha magnetických pólů není konstantní. Kromě toho analýza sedimentárních hornin Země naznačuje, že magnetické pole Země opakovaně změnilo polaritu. Magnetické pole Země hraje obrovskou roli pro veškerý život na ní, protože... chrání nás před prouděním rychlých částic létajících na Zemi z vesmíru, většinou ze Slunce. Při změně tohoto proudění jsou na Zemi pozorovány magnetické bouře – krátkodobé změny magnetického pole Země, způsobující narušení rádiové komunikace a odchylky polohy magnetických jehel.

MAGNETICKÉ POLE PROUDU.

V roce 182O Oersted zjistil, že magnetická střelka umístěná vedle vodiče, kterým protéká elektrický proud, se otáčí tak, že její osa se shoduje s tečnou ke kružnici uzavírající tento vodič.

Ve stejném roce Ampere objevil interakci vodičů s proudem a našel zákon, kterému se tato interakce podřizuje. Působení vodiče s proudem na magnetickou jehlu a vzájemné působení vodičů s proudem lze vysvětlit tak, že vodič s proudem vytváří v prostoru kolem sebe magnetické pole, které je detekováno magnetickou jehlou popř. jiný vodič s proudem.

Magnetické pole je zvláštní druh hmoty vytvořený pohybujícími se elektrickými náboji (proud) a detekovaný svým účinkem na pohybující se elektrické náboje (proud). Magnetické pole se šíří prostorem rychlostí světla. S rostoucí vzdáleností od proudu, který ji vytváří, klesá. Magnetické pole má energii.

Ke studiu magnetických polí se používají malé magnetické jehličky, s jejichž pomocí byl nalezen pohodlný způsob grafického znázornění magnetických polí pomocí magnetických čar. Magnetická čára je čára, podél které jsou umístěny osy malých magnetických jehel v magnetickém poli. Vzhled magnetických čar se snadno vytvoří pomocí malých železných pilin nasypaných na karton a zavedených do magnetického pole. V tomto případě jsou piliny, zmagnetizované v poli, uspořádány v řetězcích podél magnetických čar. Za směr těchto čar se považuje směr, který by ukazoval severní pól magnetické střelky.

Magnetické čáry přímého vodiče, kterým prochází proud, jsou kruhy, jejichž středem je vodič, kterým prochází proud. Směr čar je určen pravidlem gimletu: pokud se translační pohyb háčku (pravého šroubu) shoduje se směrem proudu ve vodiči, pak se směr otáčivého pohybu držadla háčku shoduje se směrem magnetické čáry.

Magnetické čáry cívky s proudem (solenoidu) jsou uzavřené křivky pokrývající závity cívky. Směr těchto čar lze snadno určit podle následujícího pravidla: pokud vezmete cívku pravou rukou tak, aby ohnuté prsty směřovaly podél proudu v ní, pak ohnutý palec ukáže směr magnetických čar podél osa cívky.

Cívka s proudem je elektromagnet podobný páskovému permanentnímu magnetu. Magnetické pole cívky se zvyšuje s počtem jejích závitů a proudem v ní. Pro zesílení magnetického pole je do cívky vloženo železné jádro. Místo, kde magnetické čáry opouštějí cívku, je severní pól elektromagnetu a místo, kde vstupují, je jižní pól.

Elektromagnety jsou široce používány v technologii jak pro pohyb těžkých železných dílů, železného šrotu, tak v mnoha elektrických a radiotechnických zařízeních.

Magnetické pole působí určitou silou na vodič s proudem, který se v něm nachází. Tato síla se nazývá ampérová síla a závisí přímo na délce vodiče a síle proudu v něm. Záleží také na velikosti pole a umístění vodiče. Směr ampérové ​​síly je určen pravidlem levé ruky: pokud je levá ruka umístěna v magnetickém poli tak, že magnetické čáry vstupují do dlaně a čtyři natažené prsty ukazují směr proudu, pak ohnutý palec ukáže směr síly.

V elektromotorech se využívá vlivu magnetického pole na vodič s proudem. Stejnosměrný elektromotor se skládá ze stacionární části - statoru a pohyblivé části - rotoru. Ve štěrbinách statoru je umístěna cívka, která vytváří magnetické pole. Rotor je cívka o mnoha závitech, do které je přiváděn proud pomocí posuvných kontaktů - kartáčů. Pro zvýšení magnetického pole jsou rotor a stator vyrobeny z plechů z transformátorové oceli, vzájemně izolované. Rotor je poháněn ampérovou silou. Pro udržení konstantní rotace se směr proudu ve vinutí rotoru periodicky mění pomocí komutátoru, což jsou v nejjednodušším případě dva půlkroužky v kontaktu s kartáči. Když se rotor pohybuje, kartáč se pohybuje od jednoho půlkroužku k druhému a mění směr proudu v cívce rotoru. To jí dává příležitost otočit se o další půl otáčky, když proud opět změní směr.

Protože Účinnost elektromotorů (až 98 %) je mnohem větší než u tepelných motorů, takže elektromotory jsou široce používány v dopravě, továrnách atd. Elektromotory jsou kompaktní, neznečišťují životní prostředí a snadno se ovládají.

OPTICKÉ PŘÍSTROJE.

Fotoaparát.

Kamera se skládá ze dvou hlavních částí: světlotěsné kamery a objektivu. V nejjednodušším případě může jako čočka sloužit konvergující čočka. Aby byl obraz kvalitní v celém poli fotografie, jsou objektivy moderních fotoaparátů komplexní soustavou čoček, které obecně plní roli konvergující čočky. Čočka fotoaparátu vytváří na fotografickém filmu potaženém fotocitlivou vrstvou skutečný, inverzní a zpravidla zmenšený obraz fotografovaného předmětu. Fotoaparát používá tenkou čočku. Aby se získal jasný (ostrý) obraz předmětu, je čočka fotoaparátu pohyblivá. Pohybem čočky se dosáhne požadované ostrosti obrazu. Fotografované objekty mohou být současně v různých vzdálenostech od fotoaparátu. Hloubka ostrosti je dosažena tím, že je okénko objektivu částečně zakryto clonou. Čím menší je okénko objektivu, tím jasnější budou na snímku objekty v různých vzdálenostech od fotoaparátu.

Při fotografování se čočka fotoaparátu automaticky otevře na krátkou dobu, která se nazývá expoziční čas. Aby byl obraz viditelný, je film vyvolán ve speciálním roztoku a zafixován. Výsledný obraz se nazývá negativ, protože je na něm pozorována zpětná propustnost světla. Části filmu, kam dopadlo více světla, jsou tmavší a naopak. Pro získání fotografické karty (pozitivní) se výsledný obrázek promítne na fotografický papír pomocí zvětšovače fotografií. Papír je poté vyvolán a vytvrzen.

Moderní fotoaparáty dokážou vytvářet barevné a dokonce i trojrozměrné obrázky. Některá zařízení okamžitě vytvoří hotovou fotografii. Rozvoj fotografie se stal kinematografií.

Fotografie je široce používána pro vědecké účely, technologie, forenzní vědu atd. Může z nás udělat svědky historických událostí. Umělecká fotografie je rozšířená.

Promítací přístroj.

Promítací přístroj se používá k získání skutečného, ​​zvětšeného, ​​inverzního obrazu těles na plátně. Pokud je obraz získán v procházejícím světle (fotografie a film, obraz na skle), pak se zařízení nazývá diaskop, v odraženém světle - episkop. Často se používá kombinace těchto přístrojů – epidiaskop. Diaskop se skládá ze zdroje světla, kondenzoru a čočky objektivu. Pro zvýšení osvětlení obrazovky je často za světelným zdrojem umístěno jedno nebo více zrcadel. Kondenzátor (dvě ploché konvexní čočky) směruje světlo odcházející ze zdroje do čočky. Nejjednodušší čočkou může být konvergující čočka. Předmět, jehož obraz je třeba získat na obrazovce, se umístí mezi kondenzor a čočku. Jasnosti obrazu je dosaženo pohybem čočky.

Zvětšovače fotografií, filmoskopy, filmové kamery, zpětné projektory jsou promítací zařízení.

Oko. Brýle.

Struktura oka připomíná fotoaparát. Skládá se z: skléry - vnější části oka, která chrání oko před mechanickým poškozením; rohovka - přední průhledná část skléry; duhovka s otvorem proměnného průměru v ní - zornice; čočka - bikonvexní čočka; sklivec, který vyplňuje objem oka; sítnice – nervová zakončení, která přenášejí informace do mozku. Prostor mezi rohovkou a čočkou je vyplněn vodnatou tekutinou, která převážně láme světlo. Oko funguje na bázi tenké čočky. Protože předměty mohou být umístěny v různých vzdálenostech od oka, pro získání jasného obrazu se pak může zakřivení čočky měnit pomocí očních svalů. Schopnost oka poskytnout jasný obraz předmětů nacházejících se v různých vzdálenostech od něj se nazývá akomodace. Vzdálenost, na kterou oko umožňuje vidět malé detaily předmětů bez velkého namáhání, se nazývá vzdálenost nejlepšího vidění. Pro zdravé oko se rovná 25 cm. Blízký limit akomodace je asi 12 cm. Sítnice se skládá z tyčinek, které vytvářejí černobílé obrazy, a čípků, které vytvářejí barevné obrazy. Obraz na sítnici je skutečný, zmenšený, inverzní. Trojrozměrné vidění zajišťují dvě oči.

Pokud obraz vytvořený okem leží před sítnicí, pak se oko nazývá myopické. Aby se krátkozraký člověk podíval na předmět, přiblíží jej k očím a silně namáhá oční svaly. Krátkozrakost se koriguje nošením brýlí s divergenčními čočkami. Dalekozraké oko vytváří obraz za sítnicí. Dalekozrakost se koriguje nošením brýlí se sbíhavými čočkami. Je třeba poznamenat, že jak krátkozrakost, tak dalekozrakost budou postupovat, pokud nebudete brýle používat, protože Při práci se oční svaly přetěžují.

TEPLOTA A JEJÍ MĚŘENÍ.

Studium tepelných jevů muselo nevyhnutelně udávat hodnotu charakterizující stupeň zahřátí těles – teplotu. Když se tělesa dostanou do kontaktu, v důsledku interakce molekul se jejich průměrná kinetická energie vyrovná. Teplota je mírou průměrné kinetické energie molekul. Ukazuje směr tepelných procesů, protože energie se samovolně přenáší z více zahřátých těles na méně zahřátá, tzn. od těles s vyšší teplotou k tělesům s nižší teplotou. Teplota se měří teploměry. Měření teploty je založeno na ustavení tepelné rovnováhy mezi tělesy přicházejícími do kontaktu. V praxi jsou nejpoužívanější kapalinové teploměry, které využívají změnu objemu kapaliny (rtuťové nebo lihové) při zahřátí. Jak se kapalina rozpíná, stoupá vzhůru skleněnou trubicí, pod kterou je vodní kámen. Referenčními body (tedy body, na kterých je založena teplotní stupnice) v mezinárodním praktickém teplotním systému navrženém Celsiem jsou bod tání ledu (O 0 C) a bod varu vody (1OOS0oTC). Vzdálenost mezi těmito body na stupnici je rozdělena na 100 stejných částí. Protože Vzhledem k tomu, že expanze kapaliny je různá v různých rozsazích teplot, kapalinový teploměr zaručuje správné měření pouze referenčních teplot. Větší přesnost mají plynové teploměry, které využívají závislosti objemu plynu na teplotě při konstantním tlaku nebo závislosti tlaku plynu na teplotě při konstantním objemu. Teploměry mohou využít i závislosti elektrického odporu vodičů a polovodičů na teplotě.

VNITŘNÍ ENERGIE A ZPŮSOBY JEJÍ ZMĚNY.

Každé tělo se skládá z obrovského množství molekul. Molekuly těles se neustále pohybují, proto mají kinetickou energii. Molekuly pevných a kapalných těles spolu interagují, což znamená, že mají také potenciální energii. SOUČET KINETICKÝCH A POTENCIÁLNÍCH ENERGIÍ MOLEKUL, KTERÉ SLOŽÍ TĚLO, SE NAZÝVÁ VNITŘNÍ ENERGIE. [U]=J. Vnitřní energie zahrnuje také energii částic, které tvoří atomy.

Vnitřní energie tělesa se může měnit během různých tepelných procesů. Takže při zahřívání se například zvyšuje rychlost pohybu molekul, a tedy i jejich kinetická energie. Při zahřívání tělesa se zvětšuje jeho objem, mění se vzdálenosti mezi molekulami, a proto se mění i potenciální energie jejich interakce. Změnu vnitřní energie lze posuzovat podle změny tělesné teploty. S rostoucí teplotou tělesa se zvyšuje jeho vnitřní energie.

Vnitřní energii lze měnit dvěma zásadně odlišnými způsoby.

1. Pracuje-li se na tělese, zahřívá se, tzn. jeho vnitřní energie se zvyšuje. Pokud tělo samo působí na vnější těla, jeho vnitřní energie klesá. A=DU.

2. Vnitřní energii lze měnit i přenosem tepla. PŘENOS TEPLA NEBO VÝMĚNA TEPLA JE PROCES VNITŘNÍ ZMĚNY ENERGIE BEZ PRÁCE. Konvice stojící na rozpáleném sporáku tedy přijímá energii přenosem tepla.

Existují tři typy přenosu tepla: tepelná vodivost - přenos energie výměnou mezi molekulami při jejich interakci; konvekce - přenos energie proudy ohřáté kapaliny nebo plynu; záření - přenos energie prostřednictvím elektromagnetických vln. Navíc druhý typ přenosu tepla nevyžaduje přímý kontakt těles nebo přítomnost jakékoli látky mezi nimi.

Mírou předané tepelné energie při přenosu tepla je MNOŽSTVÍ TEPLA JE TU ČÁST VNITŘNÍ ENERGIE, KTEROU TĚLO PŘIJÍMÁ NEBO SE VZDÁVÁ PŘI PŘENOSU TEPLA. [Q]=J. Q=DU.

TEPELNÉ PROCESY.

1. Existují dva typy mechanické energie: kinetická a potenciální. Jakékoli pohybující se těleso má kinetickou energii; je přímo úměrná hmotnosti tělesa a druhé mocnině jeho rychlosti. Tělesa, která se vzájemně ovlivňují, mají potenciální energii. Potenciální energie tělesa interagujícího se Zemí je přímo úměrná jeho hmotnosti a vzdálenosti mezi nimi
jím a povrchem Země.

Součet kinetické a potenciální energie tělesa se nazývá jeho celková mechanická energie. Celková mechanická energie tedy závisí na rychlosti pohybu tělesa a na jeho poloze vzhledem k tělesu, se kterým interaguje.

Pokud má tělo energii, může pracovat. Při práci se energie těla mění. Hodnota práce se rovná změně energie.

2. Je-li do silnostěnné sklenice uzavřené zátkou, jejíž dno je zakryto vodou (obr. 67), napumpuje se vzduch, pak zátka po nějaké době vyletí ze sklenice a v dóze se vytvoří mlha.

To se vysvětluje tím, že ve vzduchu ve sklenici je vodní pára, která vzniká při odpařování vody. Vzhled mlhy znamená, že se pára proměnila ve vodu, tzn. kondenzované, a to se může stát, když teplota klesne. V důsledku toho se teplota vzduchu v nádobě snížila.

Důvod je následující. Korek vyletěl ze zavařovací sklenice, protože tamní vzduch na něj působil určitou silou. Vzduch fungoval, když zástrčka vyšla. Je známo, že tělo může pracovat, pokud má energii. Vzduch ve sklenici má tedy energii.

Jak vzduch vykonával práci, jeho teplota klesala a jeho stav se měnil. Mechanická energie vzduchu se přitom nezměnila: nezměnila se ani jeho rychlost, ani poloha vůči Zemi. Práce se tedy neprováděla mechanickou, ale jinou energií. Tato energie je vnitřní energie vzduch v nádobě.

3. Vnitřní energie tělesa je součtem kinetické energie pohybu jeho molekul a potenciální energie jejich interakce.

Molekuly mají kinetickou energii ​\((E_к) \) , protože jsou v pohybu, a potenciální energii \((E_п) \) , protože se ovlivňují.

Vnitřní energie je označena písmenem ​\(U\) ​. Jednotkou vnitřní energie je 1 joule (1 J).

\[ U=E_к+E_п \]

4. Čím větší je rychlost pohybu molekul, tím vyšší je tělesná teplota. vnitřní energie závisí na tělesné teplotě. K přeměně látky z pevného na kapalné skupenství, například k přeměně ledu na vodu, je třeba jí dodat energii. V důsledku toho bude mít voda více vnitřní energie než led stejné hmotnosti, a proto vnitřní energie závisí na stavu agregace těla.

Vnitřní energie tělesa nezávisí na jeho pohybu jako celku a na jeho interakci s jinými tělesy. Vnitřní energie míče ležícího na stole a na podlaze je tedy stejná, stejně jako míče stojícího a kutálejícího se po podlaze (pokud ovšem zanedbáme odpor proti jeho pohybu).

Změnu vnitřní energie lze posuzovat podle hodnoty vykonané práce. Kromě toho, protože vnitřní energie těla závisí na jeho teplotě, lze změnu teploty těla použít k posouzení změny jeho vnitřní energie.

5. Vnitřní energii lze měnit vykonáváním práce. V popsaném experimentu se tedy vnitřní energie vzduchu a vodní páry v nádobě snižovala, když vykonávaly práci při vytlačování zátky. Zároveň se snížila teplota vzduchu a vodní páry, o čemž svědčí výskyt mlhy.

Pokud do kousku olova udeříte několikrát kladivem, můžete dokonce hmatem poznat, že se olovo zahřeje. V důsledku toho se jeho vnitřní energie, stejně jako vnitřní energie kladiva, zvýšila. Stalo se tak proto, že se pracovalo na kusu olova.

Pokud tělo samo pracuje, pak jeho vnitřní energie klesá, a pokud se na něm pracuje, pak se jeho vnitřní energie zvyšuje.

Pokud nalijete horkou vodu do sklenice studené vody, teplota horké vody se sníží a teplota studené vody se zvýší. V tomto případě se nepracuje, ale klesá vnitřní energie teplé vody, o čemž svědčí pokles její teploty.

Protože zpočátku byla teplota horké vody vyšší než teplota studené vody, je vnitřní energie horké vody větší. To znamená, že molekuly horké vody mají větší kinetickou energii než molekuly studené vody. Molekuly horké vody tuto energii při srážkách předávají molekulám studené vody a kinetická energie molekul studené vody se zvyšuje. Kinetická energie molekul horké vody klesá.

V uvažovaném příkladu se nevykonává mechanická práce, vnitřní energie těles se mění o přenos tepla.

Přenos tepla je metoda změny vnitřní energie tělesa přenosem energie z jedné části těla do druhé nebo z jednoho tělesa do druhého bez vykonávání práce.

Část 1

1. Vnitřní energie plynu v utěsněné nádobě konstantního objemu je určena

1) chaotický pohyb molekul plynu
2) pohyb celé nádoby s plynem
3) interakce nádoby s plynem a Zemí
4) působení vnějších sil na nádobu s plynem

2. Vnitřní energie tělesa závisí na

A) tělesná hmotnost
B) poloha těla vzhledem k povrchu Země
B) rychlost pohybu těla (při absenci tření)

Správná odpověď

1) pouze A
2) pouze B
3) pouze B
4) pouze B a C

3. Vnitřní energie tělesa nezávisí na

A) tělesná teplota
B) tělesná hmotnost
B) poloha těla vzhledem k povrchu Země

Správná odpověď

1) pouze A
2) pouze B
3) pouze B
4) pouze A a B

4. Jak se mění vnitřní energie tělesa při jeho zahřívání?

1) zvyšuje
2) klesá
3) u plynů se zvyšuje, u pevných látek a kapalin se nemění
4) se u plynů nemění, u pevných látek a kapalin se zvyšuje

5. Vnitřní energie mince se zvyšuje, pokud je

1) ohřívejte v horké vodě
2) ponořte do vody o stejné teplotě
3) aby se to pohybovalo nějakou rychlostí
4) zvednout se nad povrch Země

6. Jedna sklenice vody stojí na stole v místnosti a další sklenice vody o stejné hmotnosti a stejné teplotě je na poličce zavěšené ve výšce 80 cm vzhledem ke stolu. Vnitřní energie sklenice vody na stole je

1) vnitřní energie vody na polici
2) více vnitřní energie vody na polici
3) menší vnitřní energie vody na polici
4) rovna nule

7. Po ponoření horké části do studené vody vnitřní energie

1) zvýší se obě části a voda
2) ubude jak dílů, tak vody
3) části budou ubývat a vody přibývat
4) části budou přibývat a vody ubývat

8. Jedna sklenice vody je na stole v místnosti a další sklenice vody o stejné hmotnosti a stejné teplotě je v letadle letícím rychlostí 800 km/h. Vnitřní energie vody v letadle

1) rovna vnitřní energii vody v místnosti
2) více vnitřní energie vody v místnosti
3) menší vnitřní energie vody v místnosti
4) rovna nule

9. Po nalití horké vody do šálku stojícího na stole vnitřní energie

1) šálky a voda se zvýšily
2) šálky a voda klesly
3) šálky ubyly a voda přibyla
4) šálky přibývaly a voda ubývala

10. Tělesná teplota může být zvýšena, pokud

A. Pracujte na tom.
B. Zahřejte ho.

Správná odpověď

1) pouze A
2) pouze B
3) A i B
4) ani A, ani B

11. Olověná koule se ochladí v lednici. Jak se mění vnitřní energie koule, její hmotnost a hustota hmoty koule? Pro každou fyzikální veličinu určete odpovídající povahu změny. Vybraná čísla pro každou fyzikální veličinu zapište do tabulky. Čísla v odpovědi se mohou opakovat.

FYZICKÉ MNOŽSTVÍ
A) vnitřní energie
B) hmotnost
B) hustota

POVAHA ZMĚNY
1) zvyšuje
2) klesá
3) se nemění

12. Vzduch se napumpuje do láhve, těsně uzavřené zátkou. V určitém okamžiku korek vyletí z láhve. Co se stane s objemem vzduchu, jeho vnitřní energií a teplotou? Pro každou fyzikální veličinu určete povahu její změny. Vybraná čísla pro každou fyzikální veličinu zapište do tabulky. Čísla v odpovědi se mohou opakovat.

FYZICKÉ MNOŽSTVÍ
A) objem
B) vnitřní energie
B) teplota

POVAHA ZMĚNY
1) zvyšuje
2) klesá
3) se nemění

Odpovědi

Vnitřní energie tělesa není nějaký druh konstantní veličiny: může se měnit pro stejné těleso. Jak teplota stoupá tělesa, vnitřní energie tělesa se zvyšuje s rostoucí průměrnou rychlostí a tedy i kinetickou energii molekul tohoto tělesa. S poklesem teploty naopak vnitřní energie těla klesá. Vnitřní energie tělesa se tedy mění, když se mění rychlost pohybu jeho molekul. Jakými způsoby lze tuto rychlost zvýšit nebo snížit? Vraťme se ke zkušenosti.

Na stojanu (obr. 181) je tenkostěnná mosazná trubička, do které se nalije trochu éteru, trubička je těsně uzavřena zátkou. Lano je omotané kolem trubky a lano se rychle pohybuje jedním nebo druhým směrem. Po nějaké době se éter uvaří a jeho pára vytlačí zátku. Tato zkušenost ukazuje, že vnitřní energie éteru vzrostla: koneckonců se zahřál a dokonce se uvařil. Ke zvýšení vnitřní energie došlo v důsledku práce vykonané při tření trubky s lanem.

Těla se také zahřívají při nárazech, extenzi a ohybu a obecně při deformaci. Ve všech těchto případech se díky dokonalé práci zvyšuje vnitřní energie těl.

Takže vnitřní energie těla lze zvětšit o dělat práci na těle. Pokud tělo samo vykonává práci, pak jeho vnitřní energie klesá. To lze pozorovat v následujícím experimentu.

Vezměte silnostěnnou skleněnou nádobu uzavřenou zátkou. Vzduch obsahující vodní páru je do nádoby čerpán speciálním otvorem. Po nějaké době zátka vyskočí z nádoby (obr. 182). V okamžiku, kdy korek vyskočí, objeví se v nádobě mlha. Jeho vzhled znamená, že vzduch v plavidle se ochladil (nezapomeňte, že za chladného počasí se venku objevuje i mlha).

Stlačený vzduch v nádobě, vytlačující zátku, funguje. Tuto práci dělá na úkor své vnitřní energie, která ubývá. Pokles energie posuzujeme ochlazením vzduchu v nádobě.

Vnitřní energii těla lze měnit i jiným způsobem.

Je známo, že konvice s vodou stojící na sporáku, kovová lžíce spuštěná do sklenice horkého čaje, sporák, ve kterém se zapaluje oheň, střecha domu osvětlená sluncem se zahřívá. Ve všech případech se teplota těles zvyšuje, což znamená, že se zvyšuje i jejich vnitřní energie. Jak vysvětlit její nárůst?

Jak se například zahřeje studená kovová lžička ponořená do horkého čaje? Nejprve je rychlost a kinetická energie molekul horké vody větší než rychlost a kinetická energie studených kovových částic. V místech, kde se lžíce dostává do kontaktu s vodou, předávají molekuly horké vody část své kinetické energie studeným kovovým částicím. Proto se rychlost a energie molekul vody v průměru snižuje a rychlost a energie kovových částic se zvyšuje: teplota vody klesá a teplota lžíce se zvyšuje - jejich teploty se postupně vyrovnávají. S poklesem kinetické energie molekul vody ubývá a vnitřní energie všech voda ve sklenici a vnitřní energie lžíce se zvyšuje.

Proces změny vnitřní energie, při kterém se na tělese nepracuje, ale energie se přenáší z jedné částice na druhou, se nazývá přenos tepla. Vnitřní energii těla lze tedy měnit dvěma způsoby: provádění mechanické práce nebo přenosu tepla.

Když je tělo již zahřáté, nemůžeme uvést, kterým ze dvou způsobů to bylo provedeno. Když tedy držíme nahřátou ocelovou pletací jehlici v ruce, nemůžeme říci, jakým způsobem byla zahřátá - třením nebo umístěním do plamene.

Otázky. 1. Uveďte příklady ukazující, že vnitřní energie tělesa se zvyšuje, když se na tělese pracuje. 2. Popište pokus ukazující, že těleso může pracovat díky vnitřní energii. 3. Uveďte příklady zvýšení vnitřní energie tělesa přenosem tepla. 4. Vysvětlete přenos tepla na základě molekulární struktury hmoty. 5. Jakými dvěma způsoby lze změnit vnitřní energii těla?

Cvičení.

Umístěte pětikopeckou minci na list překližky nebo dřevěné desky. Přitiskněte minci k desce a rychle s ní pohybujte, nejprve jedním směrem, pak druhým směrem. Všimněte si, kolikrát musíte pohnout mincí tak, aby se zahřála, horký. Udělejte závěr o souvislosti mezi vykonanou prací a nárůstem vnitřní energie těla.