внутренняя энергия

1. Физика

Гранкина
Людмила Михайловна

2. Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии.

3. Термодинамика – раздел молекулярной физики , изучающий тепловые явления без учета внутреннего строения тел.

4.

Термодинамика как наука
ведёт своё начало с работы
Сади Карно
«О движущей силе огня
и о машинах, способных
развивать
эту
силу»,
которая была написана
в 1824 году.
Сади Карно
1796–1832 гг.

5.

Количественно
определил связь
между механической
работой и теплотой.
Ю.Р. Фон Майер
1814–1878 гг.

6.

Провёл серию
экспериментов,
подтверждающих принцип
сохранения энергии
и сформулировал
универсальный закон
сохранения и превращения
энергии.
Джеймс Джоуль
1818–1889 гг.

7.

Ввёл понятие
абсолютной
температуры.
Уильям Томсон
1824–1907 гг.

8.

шайба
лёд

9.

Внутренняя энергия

10. Внутренняя энергия

Внутренняя энергия макроскопического тела равна
сумме кинетических энергий беспорядочного
движения всех молекул (или атомов) тела и
потенциальных энергий взаимодействий всех
молекул друг с другом (но не с молекулами других тел).
Внутренняя энергия- энергия движения и взаимодействия
частиц, из которых состоит тело.
U Дж
U N E k N En

11. Внутренняя энергия

В идеальном газе частицы не взаимодействуют между собой, следовательно их
потенциальные энергии равны нулю.
U N Ek
N NA
m
3
Ek kT
2
NA k R
3m
U
RT
2
3
U RT
2
3
U pV
2

12. Внутренняя энергия

3m
U
RT
2
i m
U
RT
2
Одноатомный газ (неон, аргон, гелий) – i = 3.
Двухатомный газ (водород, азот) – i = 5.
Трехатомный газ (углекислый газ, озон) – i = 6.

13. Способы изменения внутренней энергии

теплопередача
Совершение механической работы
Над телом
Самим телом

14. Виды теплопередачи. Теплопроводность.

•Теплопроводность - перенос энергии от
более нагретых участков тела к менее
нагретым за счет теплового движения и
взаимодействия микрочастиц (атомов,
молекул, ионов и т.п.), который приводит
к выравниванию температуры тела.
Не сопровождается переносом вещества!
Этот вид передачи внутренней энергии характерен как
для твердых веществ, так и для жидкостей и газов.

15.

• Теплопроводность различных веществ разная.
• Металлы обладают самой высокой теплопроводностью,
причем у разных металлов теплопроводность отличается.
• Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые
тела, а газы меньшей, чем жидкости.

16. Лучший изолятор - воздух

• Теплоизоляционные материалы
замедляют движение молекул.
• Молекулы медленнее всего
движутся в сухом воздухе.
• Поэтому, при производстве
строительных материалов
используют основной принцип –
удержание воздуха в порах или
ячейках материала
• Вот так выглядят при увеличении:
ПЕНОПЛАСТ
Базальтовая
вата
Пеностекло

17.

• Конвекция - вид теплопередачи, при котором энергия
передается потоками (струями) вещества.
• Характерна для жидкостей и газов.

18. Образование дневного и ночного бриза

19.

• Излучение - вид теплопередачи, при
котором энергия передается с помощью
электромагнитных волн
(преимущественно инфракрасного
диапазона).
• Может происходить в вакууме

20. Все виды теплопередачи одновременно!

Конвекция
Теплопроводность
Излучение

21. Работа совершаемая газом, равна произведению среднего давления газа на изменение объема

A p V
m
R T
M
Внутренняя энергия реального
газа зависит от температуры
и объема газа.
Внутренняя энергия любого
макроскопического тела
зависит от температуры и
объема тела

22. Количество теплоты

Количество теплоты – это энергия полученная
или отданная телом в процессе
теплопередачи.
Q Дж

23. Количество теплоты

потребляется
нагревание
выделяется
охлаждение
Q сm t 2 t1
Q сm t 2 t1
t 2 t1 t 0
t 2 t1 t 0
с – удельная теплоемкость вещества – величина равная
энергии, необходимой для нагревания тела массой 1 кг на 1
К.
Дж
с
кг К

24. Количество теплоты

потребляется
плавление
выделяется
кристаллизация
Q m
Q m
- удельная теплота плавления вещества – величина равная
энергии, необходимой для того, чтобы тело массой 1 кг, взятое
при температуре плавления полностью расплавилось.
Дж
кг

25. Количество теплоты

потребляется
выделяется
парообразование
конденсация
Q Lm
Q Lm
L - удельная теплота парообразования вещества – величина
равная энергии, необходимой для того, чтобы жидкость массой 1
кг, взятая при температуре кипения полностью перешла в
газообразное состояние.
Дж
L
кг

26. Количество теплоты

Сгорание топлива
Q qm
q – удельная теплота сгорания топлива – величина равная
энергии, которая выделяется при сгорании данного вида
топлива массой 1 кг.
Дж
q
кг

27. Первый закон термодинамики

U Q A
Изменение внутренней энергии системы при переходе
ее из одного состояния в другое равно сумме работы
внешних сил и количества теплоты, переданного
системе.
A Aг
Q U Aг
Количество теплоты, переданное системе, идет на
изменение ее внутренней энергии и на совершение
системой работы над внешними телами.

28. Изотермический процесс-процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной температуре

Q U Aг
U 0 , т.к. T 0
Q Aг
В ходе изотермического процесса все полученное
системой количество теплоты идет на совершение
работы.

29. Изохорный процесс-процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме

Q U A
А 0 , т.к. V 0
Q U
В ходе изохорного процесса все полученное
системой количество теплоты идет на изменение
внутренней энергии.

30. Изобарный процесс-процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном давлении

Q U A
В ходе изобарного процесса все полученное
системой количество теплоты идет на изменение
внутренней энергии и на совершении работы над
газом.

31. Адиабатный процесс-процесс в теплоизолированной системе

Q U A
Q 0
A U

32. Тепловые двигатели

• Тепловые двигатели – механизмы, преобразующие
внутреннюю энергию топлива в механическую
энергию.
• Основные детали: нагреватель, холодильник и
рабочее тело.
• В качестве рабочего тела в т.д. выступает газ.

33. Тепловые двигатели

КПД : %
нагреватель
Aг Qн Qх
Qн
рабочее
тело
Qх
холодильник
Аг
Аг
100%
Q
Qн Qх
100%
Qн

34. Тепловые двигатели

Идеальный тепловой двигатель – двигатель, работающий по
циклу Карно. (Цикл Карно состоит из двух изотерм и двух
адиабат).
1824 г. французcкий инженер Сади Карно опубликовал работу
под названием «Размышления о движущей силе огня и о
машинах, способных развивать эту силу».
КПД : %
p
0
V
Тн Т х
100%
Тн