Внутрішня енергія тіла залежить від середньої кінетичної енергії його молекул, а ця енергія, в свою чергу, залежить від температури. Тому, змінюючи температуру тіла, ми змінюємо і його внутрішню енергію.Прі нагріванні тіла його внутрішня енергія збільшується, при охолодженні зменшується.
Проробимо досвід. Зміцнимо на підставці тонкостенную латунну трубку. Наллємо в неї трохи ефіру і щільно закриємо пробкою. Тепер обов трубку мотузкою і почнемо натирати нею трубку, швидко витягаючи в мотузку то в одну, то в іншу сторону. Через В деякий час внутрішня енергія трубки з ефіром зросте настільки, що ефір закипить і пара, що утворилася виштовхне пробку (рис. 60).
Цей досвід показує, що внутрішню енергію тіла можна змінити шляхом здійснення над тілом роботи, зокрема тертям.
Змінюючи внутрішню енергію шматка дерева шляхом тертя, наші предки добували вогонь. Температура займання дерева дорівнює 250 ° С. Тому, щоб отримати вогонь, потрібно терти одним шматком дерева по іншому до тих пір, поки їх температура не досягне цього значення. Чи легко це? Коли таким способом спробували добути вогонь герої роману Жюля Верна "Таємничий острів". у них нічого не вийшло.
"Якби енергію, яку затратили Наб з Пенкроф, можна було перетворити в тепло, її, напевно, вистачило б для опалення котла океанського пароплава. Але результат їх зусиль дорівнював нулю. Шматки дерева, правда, розігрілися, але значно менше, ніж самі учасники цієї операції.
Після години роботи Пенкроф був весь в поту і з досадою відкинув шматки дерева, сказавши:
- Не кажіть мені, що дикуни добувають вогонь таким чином! Я швидше повірю, що влітку йде сніг. Легше, мабуть, запалити власні долоні, потираючи їх одну об іншу ".
Причина їх невдачі полягала в тому, що вогонь було добувати не простим тертям одного шматка дерева про інший, а сверлением дощечки загостреною паличкою (рис. 61). Тоді при певній вправності можна за 1 з збільшити температуру в гнізді палички на 20 ° С. А щоб довести паличку до горіння, потрібно всього лише 250/20 = 12,5 секунди!
Багато людей і в наш час "добувають" вогонь тертям - тертям сірників про сірникову коробку. Чи давно з'явилися сірники? Виробництво перших (фосфорних) сірників почалося в 30-х рр. XIX ст. Фосфор спалахує при досить слабкому нагріванні - всього до 60 ° С. Тому, щоб запалити фосфорну сірник, досить було чиркнути нею практично про будь-яку поверхню (починаючи від найближчої стіни і закінчуючи халявою чобіт). Однак ці сірники були дуже небезпечні: вони були отруйні і через легені загоряння часто спричиняли пожежі. Безпечні сірники (якими ми користуємося дотепер) були винайдені в 1855 р в Швеції (звідси їх назва "шведські сірники"). Фосфор в цих сірниках замінений іншими горючими речовинами.
Отже, шляхом тертя можна підвищити температуру речовини. Здійснюючи над тілом роботу (наприклад, б'ючи по шматку свинцю молотком, згинаючи і розгинаючи дріт, переміщаючи один предмет по поверхні іншого або стискаючи газ, що знаходиться в циліндрі з поршнем), ми збільшуємо його внутрішню енергію. Якщо ж тіло саме робить роботу '(за рахунок своєї внутрішньої енергії), то внутрішня енергія тіла зменшується і тіло охолоджується.
Поспостерігаємо це на досвіді. Візьмемо товстостінний скляний посуд і щільно закриємо його гумовою пробкою з отвором. Через цей отвір за допомогою насоса почнемо накачувати в посудину повітря. Через деякий час пробка з шумом вилетить з посудини, а в самій посудині з'явиться туман (рис. 62). Поява туману означає, що повітря в посудині став холодніше і, отже, його внутрішня енергія зменшилася. Пояснюється це тим, що знаходився в посудині стиснене повітря, виштовхуючи пробку, зробив роботу за рахунок зменшення своєї внутрішньої енергії. Тому температура повітря і знизилася.
Внутрішню енергію тіла можна змінити і без здійснення роботи. Так, наприклад, її можна збільшити, нагрів на плиті чайник з водою або опустивши ложку в стакан з гарячим чаєм. Нагрівається камін, в якому розведений вогонь, дах будинку, що освітлюється сонцем, і т. Д. Підвищення температури тіл у всіх цих випадках означає збільшення їх внутрішньої енергії, але це збільшення відбувається без здійснення роботи.
Зміна внутрішньої енергії тіла без здійснення роботи називається теплообміном. Теплообмін виникає між тілами (або частинами одного і того ж тіла), що мають різну температуру.
Як, наприклад, відбувається теплообмін при контакті холодної ложки з гарячою водою? Спочатку середня швидкість і кінетична енергія молекул гарячої води перевищують середню швидкість і кінетичну енергію частинок металу, з якого виготовлена ложка. Але в тих місцях, де ложка стикається з водою, молекули гарячої води починають передавати частину своєї кінетичної енергії частинкам ложки, і ті починають рухатися швидше. Кінетична енергія молекул води при цьому зменшується, а кінетична енергія частинок ложки збільшується. Разом з енергією змінюється і температура: вода поступово остигає, а ложка нагрівається. Зміна їх температури відбувається до тих пір, поки вона і у води, і у ложки не стане однаковою.
Частина внутрішньої енергії, переданої від одного тіла до іншого при теплообміні, позначають буквою і називаютколічеством теплоти.
Q - кількість теплоти.
Кількість теплоти не слід плутати з температурою. Температура вимірюється в градусах, а кількість теплоти (як і будь-яка інша енергія) - в джоулях.
При контакті тіл з різною температурою більш гаряче тіло віддає певну кількість теплоти, а більш холодне тіло його отримує.
Отже, існують два способи зміни внутрішньої енергії: 1) здійснення роботи і 2) теплообмін. При здійсненні першого з цих способів внутрішня енергія тіла змінюється на величину досконалої роботи А, а при здійсненні другого з них - на величину, рівну кількості переданої теплоти Q
Цікаво, що обидва розглянутих способу можуть призводити до зовсім однакових результатів. Тому за кінцевим результатом неможливо визначити, яким саме з цих способів він досягнутий. Так, взявши зі столу нагріту сталеву спицю, ми не зможемо сказати, яким способом її нагріли - шляхом тертя або зіткнення з гарячим тілом. В принципі могло бути як то, так і інше.
. 1. Назвіть два способи зміни внутрішньої енергії тіла. 2. Наведіть приклади збільшення внутрішньої енергії тіла шляхом вчинення над ним роботи. 3. Наведіть приклади збільшення і зменшення внутрішньої енергії тіла в результаті теплообміну. 4. Що таке кількість теплоти? Як воно позначається? 5. В яких одиницях вимірюється кількість теплоти? 6. Якими способами можна добути вогонь? 7. Коли почалося виробництво сірників?
Притисніть монету або шматочок фольги до картону або будь-якої дощечці. Зробивши спочатку 10, потім 20 і т. Д. Рухів то в одну, то в іншу сторону, зауважте, що відбувається з температурою тел в процесі тертя. Як залежить зміна внутрішньої енергії тіла від величини досконалої роботи?
Відіслано читачами з інтернет-сайтів
Електронні видання безкоштовно, бібліотека фізики. уроки фізики, програма з фізики, конспекти уроків фізики, підручники з фізики, готові домашні завдання
Якщо у вас є виправлення або пропозиції до даного уроку, напишіть нам.
Якщо ви хочете побачити інші коригування та побажання до уроків, дивіться тут - Освітній форум.