Energía interna de un gas: formas de cambiar la energía interna. Energía interna
Temas del codificador del Examen Estatal Unificado: energía interna, transferencia de calor, tipos de transferencia de calor.
Las partículas de cualquier cuerpo (átomos o moléculas) realizan un movimiento caótico continuo (el llamado movimiento térmico). Por tanto, cada partícula tiene cierta energía cinética.
Además, las partículas de materia interactúan entre sí mediante fuerzas de atracción y repulsión eléctricas, así como mediante fuerzas nucleares. Por tanto, todo el sistema de partículas de un cuerpo determinado también tiene energía potencial.
La energía cinética del movimiento térmico de las partículas y la energía potencial de su interacción forman juntas un nuevo tipo de energía que no se reduce a la energía mecánica del cuerpo (es decir, la energía cinética del movimiento del cuerpo en su conjunto y la energía potencial de su interacción con otros cuerpos). Este tipo de energía se llama energía interna.
La energía interna de un cuerpo es la energía cinética total del movimiento térmico de sus partículas más la energía potencial de su interacción entre sí..
La energía interna de un sistema termodinámico es la suma de las energías internas de los cuerpos incluidos en el sistema..
Así, la energía interna del cuerpo está formada por los siguientes términos.
1. Energía cinética del movimiento caótico continuo de partículas corporales.
2. Energía potencial de las moléculas (átomos), debida a las fuerzas de interacción intermolecular.
3. Energía de los electrones en los átomos.
4. Energía intranuclear.
En el caso del modelo más simple de la materia -un gas ideal- se puede obtener una fórmula explícita para la energía interna.
Energía interna de un gas ideal monoatómico.
La energía potencial de interacción entre partículas de un gas ideal es cero (recordemos que en el modelo del gas ideal descuidamos la interacción de partículas a distancia). Por lo tanto, la energía interna de un gas ideal monoatómico se reduce a la energía cinética total del movimiento de traslación (para un gas poliatómico también se debe tener en cuenta la rotación de las moléculas y las vibraciones de los átomos dentro de las moléculas) de sus átomos. Esta energía se puede encontrar multiplicando el número de átomos de gas por la energía cinética promedio de un átomo:
Vemos que la energía interna de un gas ideal (cuya masa y composición química no cambian) es función únicamente de su temperatura. En un gas real, líquido o sólido, la energía interna también dependerá del volumen; después de todo, cuando cambia el volumen, cambia la disposición relativa de las partículas y, como consecuencia, la energía potencial de su interacción.
Función de estado
La propiedad más importante de la energía interna es que es función estatal sistema termodinámico. Es decir, la energía interna está determinada únicamente por un conjunto de parámetros macroscópicos que caracterizan el sistema y no depende de la "prehistoria" del sistema, es decir, sobre en qué estado se encontraba el sistema antes y cómo específicamente terminó en este estado.
Por lo tanto, cuando un sistema pasa de un estado a otro, el cambio en su energía interna está determinado únicamente por los estados inicial y final del sistema y no depende del camino de transición del estado inicial al estado final. Si el sistema vuelve a su estado original, entonces el cambio en su energía interna es cero.
La experiencia demuestra que sólo hay dos maneras de cambiar la energía interna de un cuerpo:
Realizar trabajos mecánicos;
transferencia de calor.
En pocas palabras, calentar una tetera solo se puede de dos formas fundamentalmente diferentes: frotándola con algo o prendiéndola fuego :-) Consideremos estos métodos con más detalle.
Cambio de energía interna: trabajo realizado
si el trabajo esta hecho arriba cuerpo, entonces la energía interna del cuerpo aumenta.
Por ejemplo, un clavo, después de ser golpeado con un martillo, se calienta y se deforma ligeramente. Pero la temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las partículas de un cuerpo. Calentar un clavo indica un aumento de la energía cinética de sus partículas: de hecho, las partículas se aceleran por el golpe con un martillo y por la fricción del clavo sobre la tabla.
La deformación no es más que el desplazamiento de partículas entre sí; Después de un impacto, un clavo experimenta una deformación por compresión, sus partículas se acercan, las fuerzas repulsivas entre ellas aumentan y esto conduce a un aumento de la energía potencial de las partículas del clavo.
Entonces, la energía interna de la uña ha aumentado. Este fue el resultado del trabajo realizado en él: el trabajo fue realizado por el martillo y la fuerza de fricción sobre la tabla.
Si el trabajo esta hecho nosotros mismos cuerpo, entonces la energía interna del cuerpo disminuye.
Dejemos, por ejemplo, que el aire comprimido en un recipiente con aislamiento térmico debajo de un pistón se expanda y levante una determinada carga, realizando así trabajo (el proceso en un recipiente con aislamiento térmico se llama adiabático. Estudiaremos el proceso adiabático considerando la primera ley de la termodinámica). Durante este proceso, el aire se enfriará: sus moléculas, al golpear el pistón en movimiento, le dan parte de su energía cinética. (De la misma manera, un jugador de fútbol, deteniendo con el pie un balón que vuela rápido, hace un movimiento con él. de bola y amortigua su velocidad.) Por lo tanto, la energía interna del aire disminuye.
El aire, por tanto, trabaja a expensas de su energía interna: dado que el recipiente está aislado térmicamente, no hay flujo de energía al aire desde ninguna fuente externa, y el aire sólo puede extraer energía para realizar trabajo de sus propias reservas. .
Cambio de energía interna: transferencia de calor.
La transferencia de calor es el proceso de transferir energía interna de un cuerpo más caliente a uno más frío, no asociado con la realización de trabajo mecánico.. La transferencia de calor puede ocurrir ya sea a través del contacto directo de los cuerpos o a través de un medio intermedio (e incluso a través del vacío). La transferencia de calor también se llama de intercambio de calor.
Hay tres tipos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación térmica.
Ahora los veremos con más detalle.
Conductividad térmica
Si pones un extremo de una barra de hierro en el fuego, entonces, como sabemos, no la tendrás en la mano por mucho tiempo. Una vez en una región de alta temperatura, los átomos de hierro comienzan a vibrar más intensamente (es decir, adquieren energía cinética adicional) y causan impactos más fuertes en sus vecinos.
La energía cinética de los átomos vecinos también aumenta y ahora estos átomos imparten energía cinética adicional a sus vecinos. Así, de una sección a otra, el calor se propaga gradualmente a lo largo de la varilla, desde el extremo colocado en el fuego hasta nuestra mano. Esta es la conductividad térmica (Fig. 1) (Imagen de educationelectronicsusa.com).
Arroz. 1. Conductividad térmica
La conductividad térmica es la transferencia de energía interna desde áreas más calientes del cuerpo a otras menos calientes debido al movimiento térmico y la interacción de las partículas del cuerpo..
La conductividad térmica de diferentes sustancias es diferente. Los metales tienen una alta conductividad térmica: los mejores conductores del calor son la plata, el cobre y el oro. La conductividad térmica de los líquidos es mucho menor. Los gases conducen tan mal el calor que se los considera aislantes térmicos: las moléculas de gas, debido a las grandes distancias entre ellas, interactúan débilmente entre sí. Por eso, por ejemplo, las ventanas tienen marcos dobles: una capa de aire impide que se escape el calor).
Por tanto, los cuerpos porosos como el ladrillo, el algodón o la piel son malos conductores del calor. Contienen aire en sus poros. No en vano las casas de ladrillo se consideran las más cálidas y, en climas fríos, la gente usa abrigos de piel y chaquetas con una capa de plumón o relleno sintético.
Pero si el aire conduce tan mal el calor, ¿por qué la habitación se calienta con el radiador?
Esto sucede debido a otro tipo de transferencia de calor: la convección.
Convección
La convección es la transferencia de energía interna en líquidos o gases como resultado de la circulación de flujos y la mezcla de materias..
El aire cerca de la batería se calienta y se expande. La fuerza de gravedad que actúa sobre este aire sigue siendo la misma, pero la fuerza de flotación del aire circundante aumenta, de modo que el aire caliente comienza a flotar hacia el techo. En su lugar viene el aire frío (el mismo proceso, pero a una escala mucho mayor, ocurre constantemente en la naturaleza: así surge el viento), con el que se repite lo mismo.
Como resultado, se establece la circulación del aire, que sirve como ejemplo de convección: la propagación del calor en la habitación se realiza mediante corrientes de aire.
En los líquidos se puede observar un proceso completamente similar. Cuando se pone una tetera o una cacerola con agua en la estufa, el agua se calienta principalmente por convección (la contribución de la conductividad térmica del agua es muy insignificante).
Las corrientes de convección en aire y líquido se muestran en la figura. 2 (imágenes de física.arizona.edu).
Arroz. 2. Convección
En los sólidos no hay convección: las fuerzas de interacción entre partículas son grandes, las partículas oscilan cerca de puntos espaciales fijos (nodos de la red cristalina) y en tales condiciones no se pueden formar flujos de materia.
Para la circulación de corrientes de convección al calentar una habitación, es necesario que el aire calentado había espacio para emerger. Si el radiador se instala debajo del techo, no se producirá circulación: el aire caliente permanecerá debajo del techo. Por eso se colocan dispositivos de calefacción. en el fondo habitaciones. Por la misma razón se pone la tetera en fuego, como resultado de lo cual las capas de agua calentadas, al elevarse, dan paso a otras más frías.
Por el contrario, el aire acondicionado debe colocarse lo más alto posible: entonces el aire enfriado comenzará a descender y el aire más cálido ocupará su lugar. La circulación irá en la dirección opuesta al movimiento del flujo cuando se calienta la habitación.
Radiación termal
¿Cómo recibe la Tierra energía del Sol? Se excluyen la conducción térmica y la convección: nos separan 150 millones de kilómetros de espacio sin aire.
El tercer tipo de transferencia de calor funciona aquí: Radiación termal. La radiación puede propagarse tanto en la materia como en el vacío. ¿Cómo surge?
Resulta que los campos eléctrico y magnético están estrechamente relacionados entre sí y tienen una propiedad notable. Si un campo eléctrico cambia con el tiempo, genera un campo magnético que, en términos generales, también cambia con el tiempo (esto se discutirá con más detalle en la hoja sobre inducción electromagnética). A su vez, un campo magnético alterno genera un campo eléctrico alterno, que a su vez genera un campo magnético alterno, que a su vez genera un campo eléctrico alterno...
Como resultado del desarrollo de este proceso, onda electromagnética- campos eléctricos y magnéticos “comprometidos” entre sí. Al igual que el sonido, las ondas electromagnéticas tienen una velocidad de propagación y una frecuencia; en este caso, esta es la frecuencia con la que fluctúan la magnitud y la dirección de los campos en la onda. La luz visible es un caso especial de ondas electromagnéticas.
La velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío es enorme: km/s. Así, la luz viaja de la Tierra a la Luna en poco más de un segundo.
El rango de frecuencia de las ondas electromagnéticas es muy amplio. Hablaremos más sobre la escala de las ondas electromagnéticas en el folleto correspondiente. Aquí simplemente observamos que la luz visible es un rango minúsculo de esta escala. Debajo están las frecuencias de la radiación infrarroja, arriba están las frecuencias de la radiación ultravioleta.
Recuerde ahora que los átomos, aunque generalmente eléctricamente neutros, contienen protones con carga positiva y electrones con carga negativa. Estas partículas cargadas, que realizan movimientos caóticos junto con los átomos, crean campos eléctricos alternos y, por lo tanto, emiten ondas electromagnéticas. Estas ondas se llaman Radiación termal- como recordatorio de que su fuente es el movimiento térmico de partículas de materia.
La fuente de radiación térmica es cualquier cuerpo. En este caso, la radiación se lleva parte de su energía interna. Al encontrarse con los átomos de otro cuerpo, la radiación los acelera con su campo eléctrico oscilante y la energía interna de este cuerpo aumenta. Así disfrutamos de los rayos del sol.
A temperaturas normales, las frecuencias de la radiación térmica se encuentran en el rango de infrarrojos, por lo que el ojo no la percibe (no vemos cómo “brillamos”). Cuando un cuerpo se calienta, sus átomos comienzan a emitir ondas de frecuencias más altas. Un clavo de hierro se puede calentar al rojo vivo, es decir, llevarlo a una temperatura tal que su radiación térmica alcance la parte inferior (roja) del rango visible. Y el Sol nos parece de color blanco amarillento: la temperatura en la superficie del Sol es tan alta que su espectro de radiación contiene todas las frecuencias de la luz visible, e incluso la ultravioleta, gracias a la cual nos bronceamos.
Echemos otro vistazo a los tres tipos de transferencia de calor (Figura 3) (imágenes de beodom.com).
Arroz. 3. Tres tipos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación.
TEMPERATURA Y SU MEDICIÓN.
[Q]=J. Q=UD.
PROCESOS TÉRMICOS.
Fusión y cristalización.
Una misma sustancia puede encontrarse, bajo determinadas condiciones, en estados sólido, líquido y gaseoso, llamados estados agregados.
LA TRANSICIÓN DEL ESTADO SÓLIDO AL LÍQUIDO SE LLAMA FUSIÓN. La fusión ocurre a una temperatura llamada punto de fusión. Los puntos de fusión de las sustancias son diferentes, porque su estructura es diferente. El punto de fusión es un valor tabular. Durante el proceso de fusión, la temperatura no cambia, porque el calor suministrado se gasta en la destrucción de la red cristalina del sólido.
LA CANTIDAD DE CALOR NECESARIA PARA CONVERTIR 1 KG DE SÓLIDO A TEMPERATURA DE FUSIÓN EN UN LÍQUIDO A LA MISMA TEMPERATURA SE LLAMA CALOR ESPECÍFICO DE FUSIÓN. [l]=J/kg.
LA CRISTALIZACIÓN ES EL PROCESO DE TRANSICIÓN DE UNA SUSTANCIA DEL ESTADO LÍQUIDO AL SÓLIDO. El punto de fusión de una sustancia es igual a su temperatura de cristalización. Como en el proceso de fusión, la temperatura no cambia durante la cristalización, porque Durante la cristalización, se libera el calor que antes se gastaba en derretir el cuerpo. Mantiene constante la temperatura del cuerpo cristalizador. De acuerdo con la ley de conservación de la energía, al calcular la cantidad de calor liberado durante la cristalización, se utiliza la misma fórmula que durante la fusión. Para mostrar la dirección de transferencia de calor, se introduce un signo menos.
Evaporación y condensación.
LA EVAPORACIÓN ES EL PROCESO DE TRANSICIÓN DE UNA SUSTANCIA DEL ESTADO LÍQUIDO AL ESTADO GASEOSO. Las moléculas de un líquido se atraen entre sí, por lo que sólo las moléculas más rápidas y con alta energía cinética pueden salir volando del líquido. Si no hay entrada de calor, la temperatura del líquido que se evapora disminuye. La tasa de evaporación depende de la temperatura del líquido, su superficie, el tipo de líquido y la presencia de viento sobre su superficie.
LA CONDENSACIÓN ES LA CONVERSIÓN DE LÍQUIDO EN VAPOR. En un recipiente abierto, la tasa de evaporación excede la tasa de condensación. En un recipiente cerrado, las tasas de evaporación y condensación son iguales.
Cuando se calienta el líquido, la liberación de aire disuelto en el líquido comienza en el fondo y las paredes del recipiente. El líquido se evapora dentro de estas burbujas. Bajo la influencia de la fuerza de Arquímedes, las burbujas se desprenden de las paredes del recipiente y flotan. Entran en el líquido aún sin calentar y el vapor se condensa. Las burbujas colapsan. Al mismo tiempo se escucha un ruido característico.
Cuando el líquido se calienta, se detiene la condensación de vapor en las burbujas. Y la burbuja de vapor, que aumenta de tamaño debido a la evaporación en curso, llega a la superficie del líquido, estalla y libera a la atmósfera el vapor que contiene. El líquido está hirviendo. LA EBULLICIÓN ES LA FORMACIÓN DE VAPOR QUE OCURRE EN TODO EL VOLUMEN DEL LÍQUIDO. . La ebullición ocurre a una temperatura llamada punto de ebullición, que depende del tipo de líquido y de la presión sobre su superficie. A medida que disminuye la presión externa, disminuye el punto de ebullición del líquido. Durante el proceso de ebullición, la temperatura del líquido permanece constante porque la energía suministrada se gasta en superar la atracción mutua de las moléculas líquidas.
LA CANTIDAD DE CALOR NECESARIA PARA CONVERTIR 1 KG DE LÍQUIDO EN VAPOR DE LA MISMA TEMPERATURA SE LLAMA CALOR ESPECÍFICO DE FORMACIÓN DE VAPOR. [L] = J/kg. El calor específico de vaporización es diferente para diferentes líquidos y su valor numérico es un valor tabular. Para calcular la cantidad de calor necesaria para evaporar un líquido, se debe multiplicar el calor específico de vaporización de este líquido por la masa del líquido evaporado.
Cuando el vapor se condensa, se libera la misma cantidad de calor que se gastó en su evaporación. La condensación intensiva de vapor se produce a una temperatura de condensación igual al punto de ebullición.
Combustión de gasolina.
Cuando se quema combustible, se produce el proceso de formación de moléculas de dióxido de carbono a partir de átomos de carbono del combustible y átomos de oxígeno del aire atmosférico. Este proceso de oxidación va acompañado de la liberación de una gran cantidad de calor. Para caracterizar los diferentes tipos de combustible, se introduce CALOR ESPECÍFICO DE COMBUSTIÓN DEL COMBUSTIBLE: LA CANTIDAD DE CALOR LIBERADO CUANDO LA COMBUSTIÓN COMPLETA DE 1 KG DE COMBUSTIBLE . [q]=J/kg. Como todos los demás valores específicos, el calor específico de combustión del combustible es un valor tabular. Para calcular la cantidad de calor liberado durante la combustión completa de un combustible, el calor específico de combustión del combustible debe multiplicarse por la masa del combustible.
La quema de combustible es un proceso irreversible, es decir. sólo fluye en una dirección.
LEY DE COULLOMB.
Una carga puntual es una carga ubicada en un cuerpo, cuyo tamaño y forma pueden despreciarse en determinadas condiciones. La ley de interacción de cargas puntuales estacionarias fue descubierta experimentalmente utilizando balanzas de torsión por C. Coulomb en 1785.
Una balanza de torsión es una viga aislante ligera con pequeñas bolas conductoras unidas a sus extremos, una de las cuales no participa en el experimento, sino que sólo actúa como contrapeso. El balancín está suspendido de un fino hilo elástico. Una tercera bola con carga similar se deja caer al interior a través de la tapa del dispositivo. Una de las bolas basculantes es atraída por la bola insertada. En este caso, el cargo se divide a la mitad entre ellos, es decir. las bolas tendrán cargas del mismo nombre y de igual magnitud. Las bolas se repelerán entre sí. La fuerza de interacción entre las bolas se mide por el ángulo de torsión del hilo. La cantidad de carga se puede cambiar quitando la tercera bola del dispositivo y quitándole la carga. Tras introducirlo en el dispositivo y una nueva separación de cargas, quedará en las bolas la mitad de la carga original. Al cambiar la magnitud de las cargas y las distancias entre ellas, Coulomb estableció que LA FUERZA DE INTERACCIÓN DE CARGAS PUNTUALES ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A LOS MÓDULOS DE LAS CARGAS E INVERSA PROPORCIONAL AL CUADRADO DE LA DISTANCIA ENTRE ELLAS . Las cargas puntuales son aquellas ubicadas en cuerpos cuyo tamaño y forma pueden despreciarse en esta situación particular.
F ~ q 1 , F ~ q 2 , F ~ 1/r 2 Þ F ~ ½q 1 ½½q 2 ½/r 2 .
Además, se encontró que la fuerza de interacción entre cargas en el vacío es mayor que en cualquier medio dieléctrico. La cantidad que muestra cuántas veces la fuerza de interacción entre cargas en el vacío es mayor que en un medio determinado se llama constante dieléctrica del medio. La constante dieléctrica del medio es un valor tabular.
e = F en /F. [mi] = 1.
Se ha establecido experimentalmente que el coeficiente de proporcionalidad de la ley de Coulomb k = 9 * 1O 9 Nm 2 / C 2 es la fuerza con la que dos cargas puntuales de 1 C cada una interactuarían en el vacío a una distancia de 1 m.
F = k |q 1 | |q 2 |/ er 2 .
La ley de Coulomb también es válida para bolas cargadas. En este caso se entiende por r la distancia entre sus centros.
LEY DE OHM PARA UNA SECCIÓN DE CIRCUITO.
Un aumento en la diferencia de potencial en los extremos del conductor provoca un aumento en la intensidad de la corriente en el mismo. Ohm demostró experimentalmente que la intensidad de la corriente en un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial a través de él.
Cuando se conectan diferentes consumidores al mismo circuito eléctrico, la intensidad de la corriente en ellos es diferente. Esto significa que los distintos consumidores obstaculizan el paso de la corriente eléctrica a través de ellos de diferentes formas. UNA CANTIDAD FÍSICA QUE CARACTERIZA LA CAPACIDAD DE UN CONDUCTOR PARA IMPEDIR EL PASO DE CORRIENTE ELÉCTRICA A TRAVÉS DE ÉL SE LLAMA RESISTENCIA ELÉCTRICA . La resistencia de un conductor dado es un valor constante a una temperatura constante. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la resistencia de los metales y disminuye la de los líquidos. [R] = Ohmios. 1 Ohmio es la resistencia de un conductor por el que circula una corriente de 1 A con una diferencia de potencial de 1 V en sus extremos. Los conductores metálicos se utilizan con mayor frecuencia. Los portadores de corriente en ellos son electrones libres. Al moverse a lo largo de un conductor, interactúan con iones positivos de la red cristalina, dándoles parte de su energía y perdiendo velocidad. Para obtener la resistencia requerida, utilice un cargador de resistencia. Un almacén de resistencia es un conjunto de espirales de alambre con resistencias conocidas que pueden incluirse en un circuito en la combinación deseada.
Ohm estableció experimentalmente que LA INTENSA CORRIENTE EN UN TRAMO HOMOGÉNEO DEL CIRCUITO ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A LA DIFERENCIA DE POTENCIAL EN LOS EXTREMOS DE ESTE TRAMO E INVERSA PROPORCIONAL A LA RESISTENCIA DE ESTE TRAMO.
Una sección homogénea de un circuito es una sección en la que no hay fuentes de corriente. Ésta es la ley de Ohm para una sección homogénea de un circuito, la base de todos los cálculos eléctricos.
Incluyendo conductores de diferentes longitudes, diferentes secciones y fabricados de diferentes materiales, se encontró: LA RESISTENCIA DE UN CONDUCTOR ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A LA LONGITUD DEL CONDUCTOR E INVERSA PROPORCIONAL A SU ÁREA DE SECCIÓN TRANSVERSAL. LA RESISTENCIA DE UN CUBO DE Arista DE 1 METRO, HECHO DE ALGUNA SUSTANCIA, SI LA CORRIENTE SE VA PERPENDICULAR A SUS CARAS OPUESTAS, SE LLAMA RESISTENCIA ESPECÍFICA DE ESTA SUSTANCIA . [r] = Ohm m A menudo se utiliza una unidad de resistividad que no es del sistema: la resistencia de un conductor con un área de sección transversal de 1 mm 2 y una longitud de 1 m [r] = Ohm mm 2 /. metro.
La resistencia específica de una sustancia es un valor tabular. La resistencia de un conductor es proporcional a su resistividad.
La acción de los reóstatos deslizantes y escalonados se basa en la dependencia de la resistencia del conductor de su longitud. El reóstato deslizante es un cilindro cerámico con alambre de níquel enrollado a su alrededor. El reóstato se conecta al circuito mediante un control deslizante, que incluye una longitud de devanado mayor o menor en el circuito. El cable está cubierto con una capa de incrustaciones que aísla las espiras entre sí.
A) CONEXIÓN EN SERIE Y PARALELO DE CONSUMIDORES.
A menudo, en un circuito eléctrico se incluyen varios consumidores de corriente. Esto se debe a que no es racional que cada consumidor tenga su propia fuente de corriente. Hay dos formas de conectar consumidores: en serie y en paralelo, y sus combinaciones en forma de conexión mixta.
a) Conexión serie de consumidores.
En una conexión en serie, los consumidores forman una cadena continua en la que los consumidores están conectados uno tras otro. En una conexión en serie, no hay ramificaciones de cables de conexión. Para simplificar, consideremos un circuito de dos consumidores conectados en serie. Una carga eléctrica que pasa por uno de los consumidores también pasará por el segundo, porque en el conductor que conecta a los consumidores no puede haber desaparición, aparición o acumulación de cargas. q=q 1 =q 2 . Dividiendo la ecuación resultante por el tiempo que la corriente pasa por el circuito, obtenemos una relación entre la corriente que fluye por toda la conexión y las corrientes que fluyen por sus secciones.
Evidentemente, el trabajo para mover una única carga positiva por todo el compuesto consiste en el trabajo para mover esta carga por todas sus secciones. Aquellos. V=V1 +V2 (2).
La diferencia de potencial total entre los consumidores conectados en serie es igual a la suma de las diferencias de potencial entre los consumidores.
Dividamos ambos lados de la ecuación (2) por la corriente en el circuito, obtenemos: U/I=V 1 /I+V 2 /I. Aquellos. la resistencia de toda la sección conectada en serie es igual a la suma de las resistencias de los voltajes de sus componentes.
B) Conexión paralela de consumidores.
Esta es la forma más común de habilitar a los consumidores. Con esta conexión, todos los consumidores están conectados a dos puntos comunes a todos los consumidores.
Al pasar por una conexión en paralelo, la carga eléctrica que fluye a través del circuito se divide en varias partes y llega a los consumidores individuales. Según la ley de conservación de la carga q=q 1 +q 2. Al dividir esta ecuación por el tiempo de paso de la carga, obtenemos una relación entre la corriente total que fluye a través del circuito y las corrientes que fluyen a través de los consumidores individuales.
De acuerdo con la definición de diferencia de potencial V=V 1 =V 2 (2).
De acuerdo con la ley de Ohm para una sección del circuito, reemplazamos las intensidades de corriente en la ecuación (1) con la relación entre la diferencia de potencial y la resistencia. Obtenemos: V/R=V/R 1 +V/R 2. Después de la reducción: 1/R=1/R 1 +1/R 2 ,
aquellos. el recíproco de la resistencia de una conexión en paralelo es igual a la suma de los recíprocos de las resistencias de sus ramas individuales.
LAS REGLAS DE KIRCHHOFF.
Las reglas de Kirchhoff se utilizan para calcular circuitos eléctricos ramificados.
El punto de un circuito donde se cruzan tres o más conductores se llama nodo. Según la ley de conservación de la carga, la suma de las corrientes que entran y salen del nodo es igual a cero. I = O. (primera regla de Kirchhoff). LA SUMA ALGEBRAICA DE LAS CORRIENTES QUE PASAN POR EL NODO ES IGUAL A CERO.
La corriente que ingresa al nodo se considera positiva y la que sale del nodo es negativa. Las direcciones de las corrientes en las secciones del circuito se pueden elegir arbitrariamente.
De la ecuación (2) se deduce que AL PASAR CUALQUIER BUCLE CERRADO, LA SUMA ALGEBRAICA DE LA CAÍDA DE TENSIÓN ES IGUAL A LA SUMA ALGEBRAICA DE LA FEM EN ESTE CIRCUITO , - (segunda regla de Kirchhoff).
La dirección de recorrido del contorno se elige arbitrariamente. El voltaje en una sección del circuito se considera positivo si la dirección de la corriente en esta sección coincide con la dirección de derivación del circuito. La FEM se considera positiva si, al recorrer el circuito, la fuente pasa del polo negativo al positivo.
Si la cadena contiene m nodos, entonces se pueden componer m - 1 ecuaciones usando la primera regla. Cada nueva ecuación debe incluir al menos un elemento nuevo. El número total de ecuaciones compiladas según las reglas de Kirchhoff debe coincidir con el número de secciones entre los nodos, es decir con el número de corrientes.
MAGNETOS PERMANENTES.
El fortalecimiento del campo magnético del solenoide cuando se introduce un núcleo de hierro en él se debe a que el hierro en el campo magnético está magnetizado y su campo magnético, superpuesto al campo magnético de la bobina, lo fortalece. El hierro es un material altamente magnético, al que también pertenecen el níquel, el cobalto, el gadolinio y sus compuestos. La magnetización del núcleo de hierro se mantiene incluso después de retirarlo de la bobina. Un cuerpo que conserva propiedades magnéticas se llama imán permanente. Todo imán permanente tiene dos polos: norte y sur. Estos son los lugares del imán donde el campo magnético es mayor. Así como los polos de los imanes se repelen, los polos opuestos se atraen. La configuración del campo de los imanes permanentes se puede examinar fácilmente utilizando limaduras de hierro.
Ya en la antigua China se utilizaban piezas de hierro o mineral de hierro magnetizadas de forma natural para orientarse sobre la Tierra, que a su vez es un enorme imán permanente. El polo sur magnético de la Tierra se encuentra en la zona del polo norte geográfico, pero no coincide con éste, el polo norte magnético se encuentra en la zona del polo sur geográfico. La posición de los polos magnéticos no es constante. Además, el análisis de las rocas sedimentarias de la Tierra sugiere que el campo magnético de la Tierra ha cambiado de polaridad repetidamente. El campo magnético de la Tierra juega un papel muy importante para toda la vida en ella, porque... nos protege de la corriente de partículas rápidas que llegan a la Tierra desde el espacio exterior, principalmente desde el Sol. Cuando este flujo cambia, se observan tormentas magnéticas en la Tierra: cambios a corto plazo en el campo magnético de la Tierra que provocan interrupciones en las comunicaciones por radio y desviaciones en la posición de las agujas magnéticas.
CAMPO MAGNÉTICO DE CORRIENTE.
En 182O, Oersted descubrió que una aguja magnética situada junto a un conductor a través del cual fluye una corriente eléctrica gira de modo que su eje coincide con la tangente al círculo que encierra a este conductor.
Ese mismo año, Ampere descubrió la interacción de los conductores con la corriente y encontró la ley a la que obedece esta interacción. La acción de un conductor portador de corriente sobre una aguja magnética y la interacción de los conductores portadores de corriente se puede explicar por el hecho de que un conductor portador de corriente crea un campo magnético en el espacio que lo rodea, que es detectado por una aguja magnética o otro conductor portador de corriente.
Un campo magnético es un tipo especial de materia creada por cargas eléctricas en movimiento (corriente) y detectada por su efecto sobre las cargas eléctricas en movimiento (corriente). Un campo magnético se propaga por el espacio a la velocidad de la luz. Disminuye al aumentar la distancia desde la corriente que lo crea. Un campo magnético tiene energía.
Para estudiar los campos magnéticos se utilizan pequeñas agujas magnéticas, con cuya ayuda se ha encontrado una forma cómoda de representar gráficamente los campos magnéticos mediante líneas magnéticas. Una línea magnética es una línea a lo largo de la cual se ubican los ejes de pequeñas agujas magnéticas en un campo magnético. La apariencia de las líneas magnéticas se determina fácilmente utilizando pequeñas limaduras de hierro esparcidas sobre cartón e introducidas en un campo magnético. En este caso, el aserrín, magnetizado en el campo, se dispone en cadenas a lo largo de las líneas magnéticas. La dirección de estas líneas se toma como la dirección que indicaría el polo norte de la aguja magnética.
Las líneas magnéticas de un conductor rectilíneo que transporta corriente son círculos cuyo centro es el conductor que transporta corriente. La dirección de las líneas está determinada por la regla de la barrena: si el movimiento de traslación de la barrena (tornillo derecho) coincide con la dirección de la corriente en el conductor, entonces la dirección del movimiento de rotación del mango de la barrena coincide con la dirección de las líneas magnéticas.
Las líneas magnéticas de una bobina portadora de corriente (solenoide) son curvas cerradas que cubren las espiras de la bobina. La dirección de estas líneas se puede determinar fácilmente mediante la siguiente regla: si toma la bobina con la mano derecha de modo que los dedos doblados apunten a lo largo de la corriente que hay en ella, entonces el pulgar doblado mostrará la dirección de las líneas magnéticas a lo largo de la eje de la bobina.
Una bobina portadora de corriente es un electroimán similar a una banda magnética permanente. El campo magnético de una bobina aumenta con el número de vueltas y la corriente en ella. Para mejorar el campo magnético, se inserta un núcleo de hierro en la bobina. El lugar por donde las líneas magnéticas salen de la bobina es el polo norte del electroimán, y por donde entran es el polo sur.
Los electroimanes se utilizan ampliamente en tecnología tanto para mover piezas pesadas de hierro, chatarra de hierro como en muchos dispositivos de ingeniería eléctrica y de radio.
Un campo magnético actúa con cierta fuerza sobre un conductor portador de corriente ubicado en él. Esta fuerza se llama fuerza en amperios y depende directamente de la longitud del conductor y de la intensidad de la corriente en él. También depende de la magnitud del campo y de la ubicación del conductor. La dirección de la fuerza en amperios está determinada por la regla de la mano izquierda: si la mano izquierda se coloca en un campo magnético de modo que las líneas magnéticas entren en la palma y cuatro dedos extendidos muestran la dirección de la corriente, entonces el pulgar doblado mostrará la dirección de la fuerza.
La acción de un campo magnético sobre un conductor que transporta corriente se utiliza en motores eléctricos. Un motor eléctrico de CC consta de una parte estacionaria (el estator) y una parte móvil (el rotor). Se coloca una bobina en las ranuras del estator, creando un campo magnético. El rotor es una bobina de muchas vueltas, a la que se suministra corriente mediante contactos deslizantes: escobillas. Para aumentar el campo magnético, el rotor y el estator están hechos de láminas de acero para transformadores, aisladas entre sí. El rotor es impulsado por la fuerza de Ampere. Para mantener una rotación constante, la dirección de la corriente en el devanado del rotor cambia periódicamente con la ayuda de un conmutador, que en el caso más simple son dos semianillos en contacto con las escobillas. A medida que el rotor se mueve, la escobilla se mueve de un semianillo a otro, cambiando la dirección de la corriente en la bobina del rotor. Esto le da la oportunidad de dar media vuelta más cuando la corriente vuelve a cambiar de dirección.
Porque La eficiencia de los motores eléctricos (hasta un 98%) es mucho mayor que la de los motores térmicos, por lo que los motores eléctricos se utilizan mucho en el transporte, fábricas, etc. Los motores eléctricos son compactos, no contaminan el medio ambiente y son fáciles de controlar.
INSTRUMENTOS ÓPTICOS.
Cámara.
La cámara consta de dos partes principales: una cámara a prueba de luz y una lente. En el caso más sencillo, puede servir como lente una lente convergente. Para que la imagen sea de alta calidad en todo el campo de la fotografía, las lentes de las cámaras modernas son un sistema complejo de lentes, que generalmente desempeña el papel de una lente convergente. El objetivo de la cámara produce, sobre una película fotográfica recubierta con una capa fotosensible, una imagen real, inversa y, por regla general, reducida del objeto fotografiado. La cámara utiliza una fórmula de lente delgada. Para obtener una imagen clara (nítida) de un objeto, la lente de la cámara se hace móvil. Al mover la lente, se logra la nitidez de imagen requerida. Los objetos fotografiados pueden estar a diferentes distancias de la cámara al mismo tiempo. La profundidad de campo se logra permitiendo que la ventana de la lente quede parcialmente bloqueada por la apertura. Cuanto más pequeña sea la ventana de la lente, más claros aparecerán en la imagen los objetos a diferentes distancias de la cámara.
Al tomar una fotografía, la lente de la cámara se abre automáticamente durante un breve período de tiempo, llamado tiempo de exposición. Para que la imagen sea visible, la película se revela en una solución especial y se fija. La imagen resultante se llama negativo porque En él se observa transmisión de luz inversa. Aquellas partes de la película donde incide más luz son más oscuras y viceversa. Para obtener una tarjeta fotográfica (positiva), la imagen resultante se proyecta en papel fotográfico utilizando una ampliadora de fotografías. Luego el papel se revela y cura.
Las cámaras modernas pueden producir imágenes en color e incluso tridimensionales. Algunos dispositivos producen inmediatamente una fotografía lista para usar. El desarrollo de la fotografía se convirtió en cine.
La fotografía se utiliza mucho con fines científicos, tecnológicos, forenses, etc. Puede convertirnos en testigos de acontecimientos históricos. La fotografía artística está muy extendida.
Aparato de proyección.
El aparato de proyección se utiliza para obtener una imagen inversa, real y ampliada de los cuerpos en la pantalla. Si se obtiene una imagen con luz transmitida (fotografía y película, imagen sobre vidrio), entonces el dispositivo se llama diascopio, con luz reflejada, episcopio. A menudo se utiliza una combinación de estos dispositivos: un epidiascopio. Un diascopio consta de una fuente de luz, un condensador y una lente objetivo. Para aumentar la iluminación de la pantalla, a menudo se colocan uno o más espejos detrás de la fuente de luz. Un condensador (dos lentes plano-convexas) dirige la luz que diverge de la fuente hacia la lente. La lente más simple puede ser una lente convergente. El objeto cuya imagen debe obtenerse en la pantalla se coloca entre el condensador y la lente. La claridad de la imagen se logra moviendo la lente.
Las ampliadoras de fotografías, los filmoscopios, las cámaras de cine y los retroproyectores son dispositivos de proyección.
Ojo. Anteojos.
La estructura del ojo se parece a una cámara. Consiste en: esclerótica: la parte exterior del ojo que lo protege del daño mecánico; córnea: la parte anterior transparente de la esclerótica; el iris con un agujero de diámetro variable: la pupila; lente - lente biconvexa; humor vítreo, que llena el volumen del ojo; retina: terminaciones nerviosas que transmiten información al cerebro. El espacio entre la córnea y el cristalino está lleno de líquido acuoso que refracta principalmente la luz. El ojo funciona con una fórmula de lente delgada. Porque Los objetos se pueden ubicar a diferentes distancias del ojo y luego, para obtener una imagen clara, la curvatura del cristalino se puede cambiar con la ayuda de los músculos del ojo. La capacidad del ojo para dar una imagen clara de objetos ubicados a diferentes distancias de él se llama acomodación. La distancia a la que el ojo permite ver pequeños detalles de los objetos sin mucho esfuerzo se denomina distancia de mejor visión. Para un ojo sano, es de 25 cm. El límite cercano de acomodación es de unos 12 cm. La profundidad de campo está determinada por el área de la pupila. La retina está formada por bastones, que producen imágenes en blanco y negro, y conos, que producen imágenes en color. La imagen en la retina es real, reducida, inversa. La visión tridimensional la proporcionan dos ojos.
Si la imagen creada por el ojo se encuentra delante de la retina, entonces el ojo se llama miope. Para mirar un objeto, una persona miope lo acerca a los ojos y tensa fuertemente los músculos oculares. La miopía se corrige mediante el uso de gafas con lentes divergentes. El ojo hipermétrope crea una imagen detrás de la retina. La hipermetropía se corrige mediante el uso de gafas con lentes convergentes. Cabe señalar que tanto la miopía como la hipermetropía progresarán si no se utilizan gafas, porque Al trabajar, los músculos oculares se sobrecargarán.
TEMPERATURA Y SU MEDICIÓN.
El estudio de los fenómenos térmicos inevitablemente tenía que dar un valor que caracterizara el grado de calentamiento de los cuerpos: la temperatura. Cuando los cuerpos entran en contacto, como resultado de la interacción de las moléculas, su energía cinética promedio se iguala. La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las moléculas. Muestra la dirección de los procesos térmicos, porque la energía se transfiere espontáneamente de cuerpos más calentados a otros menos calentados, es decir, desde cuerpos con temperaturas más altas hasta cuerpos con temperaturas más bajas. La temperatura se mide con termómetros. La medición de la temperatura se basa en el establecimiento del equilibrio térmico entre los cuerpos puestos en contacto. En la práctica, los más utilizados son los termómetros de líquido, que utilizan un cambio en el volumen de un líquido (mercurio o alcohol) cuando se calienta. A medida que el líquido se expande, sube a través de un tubo de vidrio, debajo del cual hay una escala. Los puntos de referencia (es decir, los puntos en los que se basa la escala de temperatura) en el sistema práctico internacional de temperatura propuesto por Celsius son el punto de fusión del hielo (O 0 C) y el punto de ebullición del agua (1OOS0oTC). La distancia entre estos puntos de la escala se divide en 100 partes iguales. Porque Dado que la expansión de un líquido es diferente en diferentes rangos de temperatura, un termómetro para líquidos garantiza la medición correcta solo de temperaturas de referencia. Los termómetros de gas que utilizan la dependencia del volumen del gas de la temperatura a presión constante o la dependencia de la presión del gas de la temperatura a volumen constante tienen mayor precisión. Los termómetros también pueden utilizar la dependencia de la resistencia eléctrica de conductores y semiconductores de la temperatura.
ENERGÍA INTERNA Y FORMAS DE CAMBIARLA.
Cada cuerpo está formado por una gran cantidad de moléculas. Las moléculas de los cuerpos se mueven constantemente, por tanto, tienen energía cinética. Las moléculas de cuerpos sólidos y líquidos interactúan entre sí, lo que significa que también tienen energía potencial. LA SUMA DE ENERGÍAS CINÉTICAS Y POTENCIALES DE LAS MOLÉCULAS QUE COMPONEN EL CUERPO SE LLAMA ENERGÍA INTERNA. [U]=J. La energía interna también incluye la energía de las partículas que forman los átomos.
La energía interna de un cuerpo puede cambiar durante varios procesos térmicos. Entonces, cuando se calienta, por ejemplo, aumenta la velocidad de movimiento de las moléculas y, por lo tanto, su energía cinética. Cuando un cuerpo se calienta, su volumen aumenta, las distancias entre las moléculas cambian y, por tanto, también cambia la energía potencial de su interacción. El cambio de energía interna se puede juzgar por el cambio de temperatura corporal. A medida que aumenta la temperatura de un cuerpo, aumenta su energía interna.
La energía interna se puede cambiar de dos maneras fundamentalmente diferentes.
1. Si se realiza trabajo sobre un cuerpo, éste se calienta, es decir. su energía interna aumenta. Si el propio cuerpo realiza trabajo sobre cuerpos externos, su energía interna disminuye. A=UD.
2. La energía interna también se puede cambiar mediante transferencia de calor. LA TRANSFERENCIA DE CALOR, O INTERCAMBIO DE CALOR, ES EL PROCESO DE CAMBIO INTERNO ENERGÍA SIN HACER TRABAJO. Por lo tanto, una tetera colocada sobre una estufa caliente recibe energía a través de la transferencia de calor.
Hay tres tipos de transferencia de calor: conductividad térmica: la transferencia de energía intercambiándola entre moléculas durante su interacción; convección: transferencia de energía mediante flujos de líquido o gas calentado; radiación: la transferencia de energía a través de ondas electromagnéticas. Además, este último tipo de transferencia de calor no requiere el contacto directo de los cuerpos ni la presencia de ninguna sustancia entre ellos.
La medida de la energía térmica transferida durante la transferencia de calor es LA CANTIDAD DE CALOR ES LA PARTE DE ENERGÍA INTERNA QUE UN CUERPO RECIBE O RENUNCIA DURANTE LA TRANSFERENCIA DE CALOR. [Q]=J. Q=UD.
PROCESOS TÉRMICOS.
1.
Hay dos tipos de energía mecánica: cinética y potencial. Cualquier cuerpo en movimiento tiene energía cinética; es directamente proporcional a la masa del cuerpo y al cuadrado de su velocidad. Los cuerpos que interactúan entre sí tienen energía potencial. La energía potencial de un cuerpo que interactúa con la Tierra es directamente proporcional a su masa y a la distancia entre ellos.
él y la superficie de la Tierra.
La suma de la energía cinética y potencial de un cuerpo se llama energía mecánica total.. Por tanto, la energía mecánica total depende de la velocidad de movimiento del cuerpo y de su posición con respecto al cuerpo con el que interactúa.
Si un cuerpo tiene energía, entonces puede realizar un trabajo. Cuando se realiza trabajo, la energía del cuerpo cambia. El valor del trabajo es igual al cambio de energía..
2. Si se bombea aire a un frasco de paredes gruesas cerrado con un tapón, cuyo fondo está cubierto con agua (Fig. 67), después de un tiempo el tapón saldrá volando del frasco y se formará niebla en el frasco.
Esto se explica por el hecho de que en el aire del frasco hay vapor de agua, que se forma cuando el agua se evapora. La aparición de niebla significa que el vapor se ha convertido en agua, es decir condensado, y esto puede suceder cuando la temperatura baja. En consecuencia, la temperatura del aire en el frasco disminuyó.
La razón de esto es la siguiente. El corcho salió volando del frasco porque el aire que había allí actuó sobre él con cierta fuerza. El aire funcionó cuando salió el enchufe. Se sabe que un cuerpo puede realizar trabajo si tiene energía. Por tanto, el aire del frasco tiene energía.
A medida que el aire realizaba trabajo, su temperatura disminuía y su condición cambiaba. Al mismo tiempo, la energía mecánica del aire no cambió: ni su velocidad ni su posición con respecto a la Tierra cambiaron. En consecuencia, el trabajo no se realizó mediante energía mecánica, sino mediante otra energía. Esta energía es energía interna aire en el frasco.
3. La energía interna de un cuerpo es la suma de la energía cinética de movimiento de sus moléculas y la energía potencial de su interacción.
Las moléculas tienen energía cinética \((E_к) \) , ya que están en movimiento, y energía potencial \((E_п) \) , ya que interactúan.
La energía interna se denota con la letra \(U\) . La unidad de energía interna es 1 julio (1 J).
\[ U=E_к+E_п \]
4. Cuanto mayor es la velocidad de movimiento de las moléculas, mayor es la temperatura corporal, por lo tanto, La energía interna depende de la temperatura corporal.. Para transformar una sustancia de un estado sólido a un estado líquido, por ejemplo, para convertir el hielo en agua, es necesario suministrarle energía. En consecuencia, el agua tendrá más energía interna que el hielo de la misma masa y, por tanto, La energía interna depende del estado de agregación del cuerpo..
La energía interna de un cuerpo no depende de su movimiento en su conjunto ni de su interacción con otros cuerpos. Así, la energía interna de una pelota que yace sobre la mesa y en el suelo es la misma, como la de una pelota parada y rodando por el suelo (si, por supuesto, descuidamos la resistencia a su movimiento).
El cambio de energía interna se puede juzgar por el valor del trabajo realizado. Además, dado que la energía interna de un cuerpo depende de su temperatura, se puede utilizar un cambio en la temperatura del cuerpo para juzgar el cambio en su energía interna.
5. La energía interna se puede cambiar realizando trabajo. Así, en el experimento descrito, la energía interna del aire y el vapor de agua en el frasco disminuyó a medida que realizaban el trabajo de empujar el tapón. Al mismo tiempo, la temperatura del aire y del vapor de agua disminuyó, como lo demuestra la aparición de niebla.
Si golpeas un trozo de plomo varias veces con un martillo, incluso al tacto podrás saber que el trozo de plomo se calentará. En consecuencia, su energía interna, así como la energía interna del martillo, aumentaron. Esto sucedió porque se trabajó en un trozo de plomo.
Si el cuerpo mismo realiza trabajo, entonces su energía interna disminuye, y si se realiza trabajo sobre él, entonces su energía interna aumenta.
Si viertes agua caliente en un vaso de agua fría, la temperatura del agua caliente disminuirá y la temperatura del agua fría aumentará. En este caso no se realiza ningún trabajo, pero la energía interna del agua caliente disminuye, como lo demuestra una disminución de su temperatura.
Como al principio la temperatura del agua caliente era mayor que la temperatura del agua fría, la energía interna del agua caliente es mayor. Esto significa que las moléculas de agua caliente tienen más energía cinética que las moléculas de agua fría. Las moléculas de agua caliente transfieren esta energía a las moléculas de agua fría durante las colisiones, y la energía cinética de las moléculas de agua fría aumenta. La energía cinética de las moléculas de agua caliente disminuye.
En el ejemplo considerado, no se realiza trabajo mecánico; la energía interna de los cuerpos cambia en transferencia de calor.
La transferencia de calor es el método de cambiar la energía interna de un cuerpo transfiriendo energía de una parte del cuerpo a otra o de un cuerpo a otro sin realizar trabajo.
Parte 1
1. La energía interna de un gas en un recipiente sellado de volumen constante está determinada por
1) movimiento caótico de moléculas de gas
2) movimiento de todo el recipiente con gas
3) interacción del buque con el gas y la Tierra.
4) la acción de fuerzas externas sobre un recipiente con gas
2. La energía interna de un cuerpo depende de
a) peso corporal
B) posición del cuerpo en relación con la superficie de la Tierra
B) la velocidad de movimiento del cuerpo (en ausencia de fricción)
Respuesta correcta
1) sólo una
2) solo B
3) solo B
4) solo B y C
3. La energía interna de un cuerpo no depende de
a) temperatura corporal
b) peso corporal
B) posición del cuerpo en relación con la superficie de la Tierra
Respuesta correcta
1) sólo una
2) solo B
3) solo B
4) sólo A y B
4. ¿Cómo cambia la energía interna de un cuerpo cuando se calienta?
1) aumenta
2) disminuye
3) para gases aumenta, para sólidos y líquidos no cambia
4) para gases no cambia, para sólidos y líquidos aumenta
5. La energía interna de una moneda aumenta si
1) calentar en agua caliente
2) sumergir en agua de la misma temperatura
3) haz que se mueva a cierta velocidad
4) elevarse sobre la superficie de la Tierra
6. Un vaso de agua está sobre una mesa de la habitación y otro vaso de agua de la misma masa y la misma temperatura está sobre un estante que cuelga a una altura de 80 cm con respecto a la mesa. La energía interna de un vaso de agua sobre la mesa es
1) energía interna del agua en el estante
2) más energía interna del agua en el estante
3) menos energía interna del agua en el estante
4) igual a cero
7. Después de sumergir la parte caliente en agua fría, la energía interna
1) ambas partes y el agua aumentarán
2) ambas partes y el agua disminuirán
3) las partes disminuirán y el agua aumentará
4) las partes aumentarán y el agua disminuirá
8. Un vaso de agua está sobre la mesa de la habitación y otro vaso de agua de la misma masa y la misma temperatura está en un avión que vuela a una velocidad de 800 km/h. Energía interna del agua en un avión.
1) igual a la energía interna del agua en la habitación
2) más energía interna del agua en la habitación
3) menos energía interna del agua en la habitación
4) igual a cero
9. Después de verter agua caliente en una taza que está sobre la mesa, la energía interna
1) tazas y agua aumentaron
2) tazas y agua disminuyeron
3) las tazas disminuyeron y el agua aumentó
4) aumentaron las tazas y disminuyó el agua
10. La temperatura corporal puede aumentar si
R. Trabaja en ello.
B. Dale un poco de calidez.
Respuesta correcta
1) sólo una
2) solo B
3) tanto A como B
4) ni A ni B
11. La bola de plomo se enfría en el frigorífico. ¿Cómo cambian la energía interna de la pelota, su masa y la densidad de la sustancia de la pelota? Para cada cantidad física, determine la naturaleza correspondiente del cambio. Escribe los números seleccionados para cada cantidad física en la tabla. Los números de la respuesta pueden repetirse.
CANTIDAD FÍSICA
a) energía interna
segundo) masa
segundo) densidad
NATURALEZA DEL CAMBIO
1) aumenta
2) disminuye
3) no cambia
12. Se bombea aire a la botella y se cierra herméticamente con un tapón. En algún momento el corcho sale volando de la botella. ¿Qué sucede con el volumen de aire, su energía interna y su temperatura? Para cada cantidad física, determine la naturaleza de su cambio. Escribe los números seleccionados para cada cantidad física en la tabla. Los números de la respuesta pueden repetirse.
CANTIDAD FÍSICA
a) volumen
B) energía interna
segundo) temperatura
NATURALEZA DEL CAMBIO
1) aumenta
2) disminuye
3) no cambia
Respuestas
La energía interna de un cuerpo no es una cantidad constante: puede cambiar para el mismo cuerpo. A medida que aumenta la temperatura cuerpo, la energía interna del cuerpo aumenta a medida que aumenta la velocidad promedio, y por tanto la energía cinética, de las moléculas de este cuerpo. Con una disminución de la temperatura, por el contrario, la energía interna del cuerpo disminuye. Así, la energía interna de un cuerpo cambia cuando cambia la velocidad de movimiento de sus moléculas. ¿De qué manera se puede aumentar o disminuir esta velocidad? Pasemos a la experiencia.
En el soporte (Fig. 181) hay un tubo de latón de paredes delgadas, en el que se vierte un poco de éter y el tubo se cierra herméticamente con un tapón. Se enrolla una cuerda alrededor del tubo y la cuerda se mueve rápidamente en una dirección u otra. Después de un tiempo, el éter hervirá y su vapor expulsará el tapón. Este experimento muestra que la energía interna del éter ha aumentado: después de todo, se ha calentado e incluso ha hervido. El aumento de energía interna se produjo como consecuencia del trabajo realizado al frotar el tubo con la cuerda.
Los cuerpos también se calientan durante los impactos, la extensión y la flexión y, en general, durante la deformación. En todos estos casos, debido al trabajo perfecto, aumenta la energía interna de los cuerpos.
Entonces, la energía interna Los cuerpos se pueden agrandar haciendo trabajo en el cuerpo. Si el cuerpo mismo hace el trabajo, entonces su energía interna disminuye. Esto se puede observar en el siguiente experimento.
Tome un recipiente de vidrio de paredes gruesas cerrado con un tapón. Se bombea aire que contiene vapor de agua al recipiente a través de un orificio especial. Después de un tiempo, el tapón sale del recipiente (Fig. 182). En el momento en que se sale el corcho, aparece niebla en el recipiente. Su aparición significa que el aire en el interior del barco se ha enfriado (recordemos que en el exterior también aparece niebla cuando hace frío).
El aire comprimido en el recipiente, al empujar el tapón, funciona. Realiza este trabajo a expensas de su energía interna, que disminuye. Juzgamos la disminución de energía por el enfriamiento del aire en el recipiente.
La energía interna del cuerpo se puede cambiar de otra forma.
Se sabe que se calientan una tetera con agua colocada sobre una estufa, una cuchara de metal sumergida en un vaso de té caliente, una estufa en la que se enciende el fuego y el techo de una casa iluminado por el sol. En todos los casos, la temperatura de los cuerpos aumenta, lo que significa que también aumenta su energía interna. ¿Cómo explicar su aumento?
¿Cómo se calienta, por ejemplo, una cuchara de metal fría sumergida en té caliente? Primero, la velocidad y la energía cinética de las moléculas de agua caliente son mayores que la velocidad y la energía cinética de las partículas metálicas frías. En aquellos lugares donde la cuchara entra en contacto con el agua, las moléculas de agua caliente transfieren parte de su energía cinética a las partículas metálicas frías. Por lo tanto, la velocidad y la energía de las moléculas de agua en promedio disminuyen, y la velocidad y la energía de las partículas metálicas aumentan: la temperatura del agua disminuye y la temperatura de la cuchara aumenta; sus temperaturas se nivelan gradualmente. Con una disminución de la energía cinética de las moléculas. El agua disminuye y la energía interna de todos. agua en el vaso y la energía interna de la cuchara aumenta.
El proceso de cambio de energía interna, en el que no se realiza trabajo sobre un cuerpo, sino que se transfiere energía de una partícula a otra, se llama transferencia de calor. Entonces, la energía interna del cuerpo se puede cambiar de dos maneras: realizar trabajos mecánicos o transferencia de calor.
Cuando el cuerpo ya está calentado, no podemos indicar cuál de las dos formas se hizo. Por lo tanto, al sostener en nuestras manos una aguja de tejer de acero calentada, no podemos decir de qué manera se calentó: frotándola o colocándola en la llama.
Preguntas. 1. Dé ejemplos que muestren que la energía interna de un cuerpo aumenta cuando se realiza trabajo sobre él. 2. Describe un experimento que muestra que un cuerpo puede realizar trabajo debido a la energía interna. 3. Dé ejemplos de cómo aumentar la energía interna de un cuerpo mediante transferencia de calor. 4. Explicar la transferencia de calor basándose en la estructura molecular de la materia. 5. ¿Cuáles son dos formas de cambiar la energía interna del cuerpo?
Ejercicio.
Coloque una moneda de cinco kopeks sobre una hoja de madera contrachapada o una tabla de madera. Presiona la moneda contra el tablero y muévela rápidamente, primero en una dirección y luego en la otra. Note cuantas veces necesitas mover la moneda para que se caliente, caliente. Saque una conclusión sobre la conexión entre el trabajo realizado y el aumento de la energía interna del cuerpo.
