Внутренняя энергия макроскопической системы

Способы изменения внутренней энергии

2. Возникает вопрос, как определить внутреннюю энергию тела. Эту задачу можно решить лишь для простейших макроскопических систем, и несколько позже вы научитесь это делать. В большинстве же случаев рассчитать внутреннюю энергию системы невозможно, так как для этого потребовалось бы знать энергию движения и взаимодействия каждой молекулы.

Вспомните, при изучении теоремы об изменении кинетической энергии отмечалось, что обычно интересует не само значение кинетической энергии, а её изменение. Это связано с необходимостью знать, какую работу совершит тело за счёт имеющейся у него энергии. Значение совершённой работы равно изменению энергии тела.

Из курса физики основной школы вы знаете, что внутреннюю энергию макроскопической системы можно изменить в процессе совершения работы или путём теплопередачи.

Если взять монету и потереть её о поверхность стола, то через некоторое время можно ощутить, что температура монеты повысилась, следовательно, увеличилась её внутренняя энергия. На ощупь можно определить повышение температуры гвоздя, забиваемого молотком.

Внутренняя энергия системы уменьшается, когда она сама совершает работу. Если на дно толстостенного стеклянного сосуда налить немного воды и закрыть сосуд пробкой, а затем накачивать в него воздух, то при некотором давлении пробка из сосуда вылетит. В сосуде при этом образуется туман, который хорошо виден (рис. 71). Пробка вылетела из сосуда под действием избыточного давления воздуха в нём. При этом воздух совершил механическую работу за счёт своей внутренней энергии. Об уменьшении внутренней энергии свидетельствует понижение температуры воздуха в сосуде и как следствие этого — образование тумана.

Рис. 71

Внутреннюю энергию можно изменить, не совершая работу. Например, внутренняя энергия воздуха в комнате и всех предметов, находящихся в ней, будет увеличиваться, если при закрытых окнах и дверях включить батареи парового отопления или затопить печь. Если опустить в горячую воду ложку, то температура ложки повысится, а температура воды — понизится. В этом случае изменение внутренней энергии макроскопических тел происходит без совершения работы в процессе теплопередачи (теплообмена).

Теплопередачей называют способ изменения внутренней энергии тела, при котором происходит передача энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому без совершения работы.

При теплопередаче не происходит превращения энергии из одного вида в другой, как при совершении работы. Этот процесс характеризуется передачей энергии от более нагретого тела к менее нагретому. Как вам известно, существует три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.

Количество теплоты. Удельная теплоёмкость вещества

3. Мерой изменения внутренней энергии в процессе теплопередачи является количество теплоты. Количество теплоты обозначается буквой Q, единица количества теплоты в СИ — джоуль (Дж).

Количество теплоты Q, полученное или отданное телом массой m в процессе теплопередачи, рассчитывается по формуле:

Q = сm(Т₂ - Т₁),

где с — удельная теплоёмкость вещества, Т₁ — начальная температура тела, Т₂ — его конечная температура.

Удельной теплоёмкостью вещества называют физическую величину, равную количеству теплоты, которое нужно сообщить 1 кг вещества, чтобы повысить его температуру на 1 К (1 °С).

Такое же количество теплоты отдаст 1 кг вещества при понижении его температуры на 1 К (1 °С). Единица удельной теплоёмкости в СИ — Дж/(кг • К).

Как следует из формулы для расчёта количества теплоты, если тело в процессе теплопередачи получает энергию, то Т₂ > Т₁ и Q > 0; если тело отдаёт энергию, то Т₂ < T₁ и Q < 0.

<<< К началу Окончание >>>