Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

  • Все предметы
  • 8 класс
  • Физика
  • Основы термодинамики. Внутренняя энергия термодинамической системы. Изменение внутренней энергии термодинамической системы в результате совершения работы. Изменение внутренней энергии термодинамической системы в результате теплообмена

Конспект урока: Основы термодинамики. Внутренняя энергия термодинамической системы. Изменение внутренней энергии термодинамической системы в результате совершения работы. Изменение внутренней энергии термодинамической системы в результате теплообмена

Молекулярная физика и термодинамика

02.11.2024
2438
0

Изменение внутренней энергии термодинамической системы в результате теплообмена

План урока

  • Понятие теплопередачи
  • Изменение внутренней энергии в случае, когда система получает тепло
  • Изменение внутренней энергии в случае, когда система отдаёт тепло

Цели урока

  • знать понятие теплообмена (теплопередачи); как изменяется внутренняя энергия, если тело получает тепло; как изменяется внутренняя энергия, если тело отдаёт тепло; направление движения тепловой энергии
  • уметь находить изменение внутренней энергии при изменении внутренней энергии в результате теплообмена

Разминка

  • Как можно изменить внутреннюю энергию системы без совершения работы?
  • Как изменяется внутренняя энергия продуктов, поставленных в холодильник?
  • Может ли холодное тело отдавать энергию горячему?

Понятие теплопередачи

Чтобы изменить внутреннюю энергию системы, не обязательно совершать работу. Убедимся в этом на примере. Вода в чайнике, поставленном на плиту, закипает — это значит, что температура воды и самого чайника достигла необходимого для кипения воды значения 100 °С. Нам уже известно, что при увеличении температуры возрастает скорость хаотического движения молекул, следовательно, возрастает внутренняя энергия термодинамической системы чайник — вода.


Процесс изменения внутренней энергии термодинамической системы без совершения работы над ней называется теплопередачей (теплообменом).


Изменение внутренней энергии в случае, когда система получает тепло

В процессе теплопередачи система получает некоторое количество энергии — количество теплоты. В СИ количество теплоты, будучи мерой измерения энергии, измеряется в Джоулях.


Количество энергии, переданной от одного тела к другому в результате теплопередачи, называется количество теплоты Q.


При теплообмене одно тело передаёт часть своей энергии Q второму телу (или системе тел), в результате чего внутренняя энергия тела, которое получает тепло, увеличивается на величину, равную полученному количеству энергии Q — тело нагревается. Исходя из этого, конечную внутреннюю энергию нагревающегося тела Uк можно найти по формуле:

 

Uк = Uн + Q.

 

Uк [Дж] — конечная внутренняя энергия тела
Uн [Дж] — начальная внутренняя энергия тела
Q [Дж] — количество теплоты, переданное системе

 

Самый простой пример увеличения внутренней энергии тела — нагревание воды в кастрюле или чайнике: вода получает определённое количество теплоты Q, в результате чего нагревается. Если взяться за ручки кастрюли, в которой кипит вода, можно обжечься — в данном случае часть энергии горячей кастрюли была сообщена коже, из-за этого внутренняя энергия молекул кожи увеличилась настолько, что мы почувствовали боль от ожога.

Изменение внутренней энергии в случае, когда система отдаёт тепло

В процессе теплообмена одно из тел получает тепло, второе отдаёт, следовательно, внутренняя энергия второго тела уменьшается на величину, равную отданному количеству теплоты Q, происходит охлаждение.


Если между телами происходит теплообмен, то внутренняя энергия нагревающегося тела увеличивается на столько, на сколько уменьшается внутренняя энергия охлаждающихся тел.


Если в результате теплообмена тело отдаёт количество теплоты Q, оно охлаждается, конечную внутреннюю энергию Uк данного тела можно найти по формуле:

 

Uк = Uн - Q.

 

Uк [Дж] — конечная внутренняя энергия тела
Uн [Дж] — начальная внутренняя энергия тела
Q [Дж] — количество теплоты, отданное телом

Рис. 1. Тепловая энергия всегда движется от более нагретого к менее нагретому телу: от горячего напитка к холодной ложке

Примером процесса, в котором тело в результате теплопередачи отдаёт тепло, может служить охлаждение напитка, в который был добавлен лёд. Жидкость отдаёт часть своей внутренней энергии Q льду, при этом лёд получает ровно такое количество теплоты Q, которое потеряла жидкость. Из-за того, что жидкость отдала часть своей энергии, она охлаждается; лёд, получивший эту энергию, нагревается до температуры плавления и начинает таять.


Следует понимать, что напитки со льдом охлаждаются, не потому что лёд «отдает холод», а потому что жидкость отдаёт льду часть своей теплоты.


В результате теплопередачи теплота всегда самопроизвольно передаётся от более нагретого тела к менее нагретому. Как следствие, тепловые явления необратимы.


Из вышесказанного следует важное замечание: если тепло всегда передаётся от более нагретого тела к менее нагретому, то при одинаковых температурах теплообмен осуществляться не будет.

 

Запишем уравнения в общем виде:

 

Uк = Uн ± Q.

 

Uк [Дж] — конечная внутренняя энергия термодинамической системы

Uн [Дж] — начальная внутренняя энергия термодинамической системы
Q [Дж]— количество теплоты
+Q — если термодинамическая система получает тепло
−Q — если термодинамическая система отдаёт тепло


Правило знаков: если тело или система тел получает тепло, то количество теплоты положительно Q > 0; если тело или система тел отдаёт тепло, то количество теплоты отрицательно Q < 0.


Пример 1

 

Некоторый газ, имеющий внутреннюю энергию 20 кДж, получил из окружающей среды количество теплоты Q так, что его внутренняя энергия стала равна 75 кДж. Чему равно количество теплоты Q?


Решение
 

1. Распишем изменение внутренней энергии:

 

Uкон = U0 + Q,

 

где U0 и Uкон — начальная и конечная внутренние энергии соответственно, Q — полученное газом количество теплоты (с +, так как газ получает тепло).

 

2. Выражаем и находим Q:

 

Q = Uкон- U0 = 75 - 20 = 55 кДж.

 

Ответ: Q = 55 кДж.


Итоги

  • Процесс изменения внутренней энергии термодинамической системы без совершения работы над ней называется теплопередачей (теплообменом).
  • Количество энергии, переданной от одного тела к другому в результате теплопередачи, называется количество теплоты Q и измеряется в Джоулях.
  • Если между телами происходит теплообмен, то внутренняя энергия нагревающегося тела увеличивается на столько, на сколько уменьшается внутренняя энергия охлаждающегося тела.
  • Конечную внутреннюю энергию тела в результате теплопередачи можно найти по формуле Uк = Uн ± Q.
  • Если тело или система тел получает тепло, то количество теплоты положительно Q > 0; если тело или система тел отдаёт тепло, то количество теплоты отрицательно Q < 0.


Контрольные вопросы

 

1. Что такое теплопередача?
2. Что происходит с телом при увеличении внутренней энергии?
3. Как найти конечную внутреннюю энергию термодинамической системы в результате теплообмена?


Предыдущий урок
Молекулярная теория строения вещества. Вещество и его структурные единицы. Свойства вещества. Модель молекулы. Примеры решения задач
Молекулярная физика и термодинамика
Следующий урок
Удельная теплота сгорания топлива
Молекулярная физика и термодинамика
Урок подготовил(а)
teacher
Андрей Михайлович
Учитель физики
Опыт работы: 12 лет
Поделиться:
  • Преобразование рациональных выражений

    Алгебра

  • Прямоугольник. Ромб. Квадрат. Определение, свойства, признаки

    Геометрия

  • Внешняя политика России в 1741—1762 гг.

    История

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке