Si të ndryshoni energjinë e brendshme. Energjia e brendshme dhe mënyrat për ta ndryshuar atë

Si të ndryshoni energjinë mekanike të trupit? Po, shumë e thjeshtë. Ndryshoni vendndodhjen e tij ose jepini përshpejtim. Për shembull, goditni topin ose ngrini atë më lart nga toka.

Në rastin e parë, ne do të ndryshojmë energjinë e saj kinetike, në të dytën, potencialin. Por çfarë ndodh me energjinë e brendshme? Si të ndryshoni energjinë e brendshme të trupit? Për të filluar, le të kuptojmë se çfarë është. Energjia e brendshme është kinetika dhe potenciali i grimcave është energjia e lëvizjes së tyre. Dhe shpejtësia e lëvizjes së tyre, siç e dini, varet nga temperatura. Kjo do të thotë, përfundimi logjik është se duke ngritur temperaturën e trupit, ne do të rrisim energjinë e brendshme të tij. Mënyra më e lehtë për të rritur temperaturën e trupit është përmes transferimit të nxehtësisë. Kur trupat me temperatura të ndryshme vijnë në kontakt, trupi më i ftohtë nxehet në kurriz të atij më të ngrohtë. Trupi më i ngrohtë në këtë rast ftohet.

Një shembull i thjeshtë ditor: një lugë e ftohtë në një filxhan çaj të nxehtë nxehet shumë shpejt, ndërsa çaji ftohet pak. Rritja e temperaturës së trupit është e mundur në mënyra të tjera. Çfarë bëjmë ne të gjithë kur fytyra ose duart tona ngrijnë jashtë? Ne të tre prej tyre. Kur fërkohen, objektet nxehen. Gjithashtu, objektet nxehen gjatë ndikimeve, presionit, domethënë, me fjalë të tjera, gjatë ndërveprimit. Të gjithë e dinë se si bëhej zjarri në kohët e lashta - ata ose fërkonin copa druri kundër njëri-tjetrit, ose trokitnin strall në një gur tjetër. Gjithashtu në kohën tonë, çakmakët e strallit përdorin fërkimin e një shufre metalike në strall.

Deri më tani, ne kemi folur për ndryshimin e energjisë së brendshme duke ndryshuar energjinë kinetike të grimcave përbërëse të saj. Po në lidhje me energjinë potenciale të të njëjtave grimca? Siç e dini, energjia potenciale e grimcave është energjia e pozicionit të tyre relativ. Kështu, për të ndryshuar energjinë potenciale të grimcave të trupit, duhet të deformojmë trupin: ngjesh, përdredh e kështu me radhë, domethënë të ndryshojmë vendndodhjen e grimcave në lidhje me njëra-tjetrën. Kjo arrihet duke ndikuar në trup. Ne ndryshojmë shpejtësinë e pjesëve individuale të trupit, domethënë punojmë në të.

Kështu, të gjitha rastet e ndikimit në trup për të ndryshuar energjinë e tij të brendshme arrihen në dy mënyra. Ose duke transferuar nxehtësi në të, pra me transferim të nxehtësisë, ose duke ndryshuar shpejtësinë e grimcave të saj, domethënë duke kryer punë në trup.

Shembuj të ndryshimeve në energjinë e brendshme- këto janë pothuajse të gjitha proceset që ndodhin në botë. Energjia e brendshme e grimcave nuk ndryshon në rastin kur trupit nuk i ndodh absolutisht asgjë, gjë që, do të pajtoheni, është jashtëzakonisht e rrallë - ligji i ruajtjes së energjisë është në fuqi. Diçka po ndodh rreth nesh gjatë gjithë kohës. Edhe me objektet që në shikim të parë nuk ndodh asgjë, në fakt, ka ndryshime të ndryshme të padukshme për ne: ndryshime të lehta të temperaturës, deformime të vogla, etj. Karrigia ulet nën peshën tonë, temperatura e librit në raft ndryshon pak me çdo lëvizje të ajrit, për të mos përmendur skicat. Epo, sa i përket trupave të gjallë, është e qartë pa fjalë se diçka po ndodh brenda tyre gjatë gjithë kohës dhe energjia e brendshme ndryshon pothuajse në çdo moment të kohës.

Energjia e brendshme mund të ndryshohet në dy mënyra.

Nëse punohet në një trup, energjia e brendshme e tij rritet.

Energjia e brendshme e trupit(e shënuar si E ose U) është shuma e energjive të ndërveprimeve molekulare dhe lëvizjeve termike të një molekule. Energjia e brendshme është një funksion me një vlerë të vetme të gjendjes së sistemit. Kjo do të thotë se sa herë që një sistem e gjen veten në një gjendje të caktuar, energjia e tij e brendshme merr vlerën e natyrshme në këtë gjendje, pavarësisht nga historia e sistemit. Rrjedhimisht, ndryshimi i energjisë së brendshme gjatë kalimit nga një gjendje në tjetrën do të jetë gjithmonë e barabartë me diferencën midis vlerave të saj në gjendjen përfundimtare dhe fillestare, pavarësisht nga rruga përgjatë së cilës është bërë kalimi.

Energjia e brendshme e një trupi nuk mund të matet drejtpërdrejt. Mund të përcaktohet vetëm ndryshimi në energjinë e brendshme:

Kjo formulë është një shprehje matematikore e ligjit të parë të termodinamikës

Për proceset pothuajse statike, lidhja e mëposhtme vlen:

Temperatura e matur në Kelvin

Entropia, e matur në xhaul/kelvin

Presioni i matur në Pascal

Potenciali kimik

Numri i grimcave në sisteme

Nxehtësia e djegies së karburantit. karburant i kushtëzuar. Sasia e ajrit që nevojitet për të djegur karburantin.

Cilësia e një karburanti gjykohet nga vlera e tij kalorifike. Për të karakterizuar lëndët djegëse të ngurta dhe të lëngshme, përdoret vlera kalorifike specifike, e cila është sasia e nxehtësisë së çliruar gjatë djegies së plotë të një njësie masë (kJ / kg). Për lëndët djegëse të gazta, përdoret vlera kalorifike vëllimore, e cila është sasia e nxehtësisë së lëshuar gjatë djegies së një njësie vëllimi (kJ / m3). Për më tepër, karburanti i gaztë në disa raste vlerësohet nga sasia e nxehtësisë së lëshuar gjatë djegies së plotë të një mol gazi (kJ / mol).

Nxehtësia e djegies përcaktohet jo vetëm teorikisht, por edhe empirikisht, duke djegur një sasi të caktuar karburanti në pajisje speciale të quajtura kalorimetra. Nxehtësia e djegies vlerësohet nga rritja e temperaturës së ujit në kolorimetër. Rezultatet e marra me këtë metodë janë afër vlerave të llogaritura nga përbërja elementare e karburantit.

Pyetja 14Ndryshimi i energjisë së brendshme gjatë ngrohjes dhe ftohjes. Puna e gazit me një ndryshim në vëllim.

Energjia e brendshme e trupit varet nga energjia mesatare kinetike e molekulave të saj, dhe kjo energji, nga ana tjetër, varet nga temperatura. Prandaj, me ndryshimin e temperaturës së trupit, ne ndryshojmë edhe energjinë e tij të brendshme.Kur një trup nxehet i rritet energjia e brendshme, ndërsa kur ftohet zvogëlohet.

Energjia e brendshme e trupit mund të ndryshohet pa bërë punë. Kështu, për shembull, mund të rritet duke ngrohur një kazan me ujë në sobë ose duke ulur një lugë në një gotë çaj të nxehtë. Oxhaku në të cilin ndizet zjarri, çatia e shtëpisë e ndriçuar nga dielli etj.. Rritja e temperaturës së trupave në të gjitha këto raste nënkupton rritje të energjisë së brendshme të tyre, por kjo rritje ndodh pa bërë punë. .

Ndryshimi në energjinë e brendshme trupi pa bërë punë quhet transferim i nxehtësisë. Transferimi i nxehtësisë ndodh midis trupave (ose pjesëve të të njëjtit trup) që kanë temperatura të ndryshme.

Si ndodh, për shembull, transferimi i nxehtësisë kur një lugë e ftohtë bie në kontakt me ujin e nxehtë? Së pari, shpejtësia mesatare dhe energjia kinetike e molekulave të ujit të nxehtë tejkalojnë shpejtësinë mesatare dhe energjinë kinetike të grimcave metalike nga të cilat është bërë luga. Por në ato vende ku luga bie në kontakt me ujin, molekulat e ujit të nxehtë fillojnë të transferojnë një pjesë të energjisë së tyre kinetike tek grimcat e lugës dhe ato fillojnë të lëvizin më shpejt. Në këtë rast, energjia kinetike e molekulave të ujit zvogëlohet, dhe energjia kinetike e grimcave të lugës rritet. Së bashku me energjinë ndryshon edhe temperatura: uji gradualisht ftohet dhe luga nxehet. Ndryshimi i temperaturës së tyre ndodh derisa të bëhet i njëjtë si për ujin ashtu edhe për lugën.

Një pjesë e energjisë së brendshme të transferuar nga një trup në tjetrin gjatë shkëmbimit të nxehtësisë shënohet me një shkronjë dhe quhet sasia e nxehtësisë.

Q është sasia e nxehtësisë.

Sasia e nxehtësisë nuk duhet të ngatërrohet me temperaturën. Temperatura matet në gradë, dhe sasia e nxehtësisë (si çdo energji tjetër) matet në xhaul.

Kur trupat me temperatura të ndryshme vijnë në kontakt, trupi më i nxehtë lëshon një sasi të caktuar nxehtësie dhe trupi më i ftohtë e merr atë.

Puna në zgjerimin izobarik të gazit. Një nga proceset kryesore termodinamike që ndodh në shumicën e motorëve me nxehtësi është procesi i zgjerimit të gazit me kryerjen e punës. Është e lehtë të përcaktohet puna e bërë gjatë zgjerimit izobarik të një gazi.

Nëse gjatë zgjerimit izobarik të gazit nga vëllimi V1 në vëllimin V2 pistoni lëviz në cilindër në një distancë l (Fig. 106), atëherë puna A "e kryer nga gazi është e barabartë me

Ku p është presioni i gazit, është ndryshimi në vëllimin e tij.

Punoni me një proces arbitrar të zgjerimit të gazit. Një proces arbitrar i zgjerimit të gazit nga vëllimi V1 në vëllimin V2 mund të përfaqësohet si një grup procesesh izobarike dhe izokorike të alternuara.

Puna me zgjerimin izotermik të gazit. Duke krahasuar sipërfaqet e figurave nën seksionet e izotermës dhe izobarit, mund të konkludojmë se zgjerimi i gazit nga vëllimi V1 në vëllimin V2 me të njëjtën vlerë fillestare të presionit të gazit shoqërohet në rastin e zgjerimit izobarik me më shumë punë.

Puna me kompresim të gazit. Kur gazi zgjerohet, drejtimi i vektorit të forcës së presionit të gazit përkon me drejtimin e vektorit të zhvendosjes, kështu që puna A "e kryer nga gazi është pozitive (A" > 0), dhe puna A e forcave të jashtme është negative: A \u003d -A "< 0.

Gjatë ngjeshjes së gazit drejtimi i vektorit të forcës së jashtme përkon me drejtimin e lëvizjes, prandaj puna A e forcave të jashtme është pozitive (A > 0), dhe puna A "e kryer nga gazi është negative (A"< 0).

procesi adiabatik. Përveç proceseve izobarike, izokore dhe izotermike, proceset adiabatike shpesh konsiderohen në termodinamikë.

Një proces adiabatik është një proces që ndodh në një sistem termodinamik në mungesë të shkëmbimit të nxehtësisë me trupat përreth, d.m.th., në kushtin Q = 0.

Pyetja 15 Kushtet për ekuilibrin e trupit. Momenti i fuqisë. Llojet e bilancit.

Ekuilibri, ose ekuilibri, i një sërë dukurish të ndërlidhura në shkencat natyrore dhe njerëzore.

Një sistem konsiderohet të jetë në një pozicion ekuilibri nëse të gjitha ndikimet në këtë sistem kompensohen nga të tjerët ose mungojnë fare. Një koncept i ngjashëm është stabiliteti. Ekuilibri mund të jetë i qëndrueshëm, i paqëndrueshëm ose indiferent.

Shembuj tipikë të bilancit:

1. Ekuilibri mekanik, i njohur edhe si ekuilibri statik, është gjendja e një trupi në prehje, ose që lëviz në mënyrë të njëtrajtshme, në të cilën shuma e forcave dhe momenteve që veprojnë mbi të është zero.

2. Ekuilibri kimik - një pozicion në të cilin një reaksion kimik vazhdon në të njëjtën masë si reaksioni i kundërt, dhe si rezultat nuk ka ndryshim në sasinë e secilit komponent.

3. Ekuilibri fizik i njerëzve dhe i kafshëve, i cili ruhet duke kuptuar domosdoshmërinë e tij dhe, në disa raste, duke ruajtur artificialisht këtë ekuilibër [burimi nuk specifikohet 948 ditë].

4. Ekuilibri termodinamik - gjendja e sistemit në të cilin proceset e brendshme të tij nuk çojnë në ndryshime në parametrat makroskopikë (si temperatura dhe presioni).

R barazi me zero të shumës algjebrike momentet e forcave gjithashtu nuk do të thotë se trupi është domosdoshmërisht në qetësi. Për disa miliarda vjet, rrotullimi i Tokës rreth boshtit të saj vazhdon me një periudhë konstante pikërisht sepse shuma algjebrike e momenteve të forcave që veprojnë në Tokë nga trupat e tjerë është shumë e vogël. Për të njëjtën arsye, një rrotë biçiklete rrotulluese vazhdon të rrotullohet me një frekuencë konstante dhe vetëm forcat e jashtme e ndalojnë këtë rrotullim.

Llojet e bilancit. Në praktikë, një rol të rëndësishëm luan jo vetëm përmbushja e kushtit të ekuilibrit për trupat, por edhe karakteristika cilësore e ekuilibrit, e quajtur qëndrueshmëri. Ekzistojnë tre lloje të ekuilibrit të trupave: të qëndrueshëm, të paqëndrueshëm dhe indiferent. Ekuilibri quhet i qëndrueshëm nëse, pas ndikimeve të vogla të jashtme, trupi kthehet në gjendjen e tij origjinale të ekuilibrit. Kjo ndodh nëse, me një zhvendosje të lehtë të trupit në çdo drejtim nga pozicioni fillestar, rezultanta e forcave që veprojnë në trup bëhet jo zero dhe drejtohet drejt pozicionit të ekuilibrit. Në ekuilibër të qëndrueshëm është, për shembull, një top në fund të prerjes.

Kushti i përgjithshëm për ekuilibrin e një trupi. Duke kombinuar dy përfundimet, mund të formulojmë një kusht të përgjithshëm për ekuilibrin e një trupi: një trup është në ekuilibër nëse shuma gjeometrike e vektorëve të të gjitha forcave të aplikuara në të dhe shuma algjebrike e momenteve të këtyre forcave rreth boshtit të rrotullimi janë të barabartë me zero.

Pyetja 16Avullimi dhe kondensimi. Avullimi. Lëng i vluar. Varësia e vlimit të lëngut nga presioni.

avullimi - vetia e hedhjes së lëngjeve për të ndryshuar gjendjen e tyre të grumbullimit dhe për t'u kthyer në avull. Avullimi që ndodh vetëm në sipërfaqen e një lëngu që bie quhet avullim. Avullimi në të gjithë vëllimin e një lëngu quhet zierje; ndodh në një temperaturë të caktuar, në varësi të presionit. Presioni në të cilin lëngu vlon në një temperaturë të caktuar quhet presion i avullit të ngopur pnp, vlera e tij varet nga lloji i lëngut dhe temperatura e tij.

Avullimi- procesi i kalimit të një lënde nga një gjendje e lëngshme në një gjendje të gaztë (avulli). Procesi i avullimit është e kundërta e procesit të kondensimit (kalimi nga një gjendje avulli në një gjendje të lëngshme. Avullimi (avullimi), kalimi i një substance nga një fazë e kondensuar (e ngurtë ose e lëngshme) në një të gaztë (avulli); faza e rendit të parë tranzicionit.

Kondensimi -është procesi i kundërt i avullimit. Gjatë kondensimit, molekulat e avullit kthehen në lëng. Në një enë të mbyllur, një lëng dhe avulli i tij mund të jenë në një gjendje ekuilibri dinamik kur numri i molekulave që largohen nga lëngu është i barabartë me numrin e molekulave që kthehen në lëng nga avulli, domethënë kur shpejtësia e avullimit dhe kondensimi janë të njëjta. Një sistem i tillë quhet sistem dyfazor. Një avull që është në ekuilibër me lëngun e tij quhet i ngopur. Numri i molekulave të emetuara nga një sipërfaqe njësi e një lëngu në një sekondë varet nga temperatura e lëngut. Numri i molekulave që kthehen nga avulli në lëng varet nga përqendrimi i molekulave të avullit dhe nga shpejtësia mesatare e lëvizjes së tyre termike, e cila përcaktohet nga temperatura e avullit.

Duke zier- procesi i avullimit në një lëng (kalimi i një lënde nga një gjendje e lëngshme në një gjendje të gaztë), me shfaqjen e kufijve të ndarjes së fazës. Pika e vlimit në presionin atmosferik zakonisht jepet si një nga karakteristikat kryesore fiziko-kimike të një lënde kimikisht të pastër.

Zierja dallohet sipas llojit:

1. zierje me konvekcion të lirë në vëllim të madh;

2. zierje nën konvekcion të detyruar;

3. si dhe në lidhje me temperaturën mesatare të lëngut ndaj temperaturës së ngopjes:

4. zierja e një lëngu të nënftohur deri në temperaturën e ngopjes (zierje sipërfaqësore);

5. zierja e një lëngu të ngrohur në temperaturën e ngopjes

Flluskë

Duke zier , në të cilin avulli formohet në formën e flluskave periodike që dalin dhe rriten, quhet zierje bërthamore. Me vlimin e ngadaltë të bërthamës në një lëng (më saktë, si rregull, në muret ose në fund të enës), shfaqen flluska të mbushura me avull. Për shkak të avullimit intensiv të lëngut brenda flluskave, ato rriten, notojnë dhe avulli lëshohet në fazën e avullit mbi lëng. Në këtë rast, në shtresën afër murit, lëngu është në një gjendje pak të mbinxehur, d.m.th., temperatura e tij tejkalon pikën nominale të vlimit. Në kushte normale, ky ndryshim është i vogël (në rendin e një shkalle).

Film

Kur fluksi i nxehtësisë rritet në një vlerë të caktuar kritike, flluskat individuale bashkohen, duke formuar një shtresë të vazhdueshme avulli pranë murit të anijes, e cila në mënyrë periodike depërton në vëllimin e lëngut. Kjo mënyrë quhet modaliteti i filmit.

©2015-2019 faqe
Të gjitha të drejtat u përkasin autorëve të tyre. Kjo faqe nuk pretendon autorësinë, por ofron përdorim falas.
Data e krijimit të faqes: 2016-08-20

Energjia e brendshme e një trupi nuk është një lloj vlere konstante: për të njëjtin trup ajo mund të ndryshojë. Kur temperatura rritet trupi, energjia e brendshme e trupit rritet, me rritjen e shpejtësisë mesatare, dhe rrjedhimisht energjia kinetike, e molekulave të këtij trupi. Me uljen e temperaturës, përkundrazi, energjia e brendshme e trupit zvogëlohet. Kështu, energjia e brendshme e trupit ndryshon me një ndryshim në shpejtësinë e lëvizjes së molekulave të tij. Cilat janë mënyrat për të rritur apo ulur këtë shpejtësi? Le të kthehemi te përvoja.

Një tub bronzi me mure të hollë është fiksuar në një stendë (Fig. 181), në të cilin derdhet pak eter, tubi mbyllet fort me një tapë. Tubi mbështillet me një litar dhe litari lëviz shpejt në një drejtim ose në tjetrin. Pas një kohe, eteri do të vlojë dhe avulli i tij do ta shtyjë tapën jashtë. Kjo përvojë tregon se energjia e brendshme e eterit është rritur: në fund të fundit, ai është ngrohur dhe madje është zier. Rritja e energjisë së brendshme ndodhi si rezultat i punës së bërë gjatë fërkimit të tubit me një litar.

Trupat gjithashtu nxehen gjatë goditjeve, shtrirjes dhe përkuljes, në përgjithësi gjatë deformimit. Në të gjitha këto raste, për shkak të punës së bërë rritet energjia e brendshme e trupave.

Pra energjia e brendshme trupat mund të zmadhohen nga duke bërë punë në trup. Nëse puna kryhet nga vetë trupi, atëherë energjia e tij e brendshme zvogëlohet. Kjo mund të vërehet në eksperimentin e mëposhtëm.

Merrni një enë qelqi me mure të trasha, të mbyllura me një tapë. Përmes një vrime të veçantë, ajri pompohet në enë, e cila përmban avujt e ujit. Pas ca kohësh, tapa del nga ena (Fig. 182). Në momentin që tapa del jashtë, mjegulla shfaqet në enë. Pamja e saj do të thotë që ajri në anije është bërë më i ftohtë (mos harroni se mjegulla shfaqet edhe në rrugë gjatë një ftohjeje).

Ajri i kompresuar në enë e shtyn tapën dhe funksionon. Ai e bën këtë punë në kurriz të energjisë së tij të brendshme, e cila në të njëjtën kohë zvogëlohet. Ne gjykojmë uljen e energjisë nga ftohja e ajrit në enë.

Energjia e brendshme e trupit mund të ndryshohet në një mënyrë tjetër.

Dihet se një kazan me ujë që qëndron mbi sobë, një lugë metalike e zhytur në një gotë çaj të nxehtë, një sobë në të cilën ndizet një zjarr, nxehet çatia e një shtëpie të ndriçuar nga dielli. Në të gjitha rastet, temperatura e trupave rritet, që do të thotë se rritet edhe energjia e brendshme e tyre. Si të shpjegohet rritja e saj?

Si nxehet, për shembull, një lugë e ftohtë metalike e zhytur në çaj të nxehtë? Së pari, shpejtësia dhe energjia kinetike e molekulave të ujit të nxehtë është më e madhe se shpejtësia dhe energjia kinetike e grimcave të metaleve të ftohta. Në ato vende ku luga bie në kontakt me ujin, molekulat e ujit të nxehtë transferojnë një pjesë të energjisë së tyre kinetike në grimcat metalike të ftohta. Prandaj, shpejtësia dhe energjia e molekulave të ujit zvogëlohen mesatarisht, dhe shpejtësia dhe energjia e grimcave metalike rriten: temperatura e ujit zvogëlohet, dhe temperatura e lugës rritet - temperaturat e tyre gradualisht barazohen. Me një ulje të energjisë kinetike të molekulave uji zvogëlohet dhe energjia e brendshme e të gjithë ujë në gotë, dhe energjia e brendshme e lugës rritet.

Procesi i ndryshimit të energjisë së brendshme, në të cilin nuk kryhet asnjë punë në trup, dhe energjia transferohet nga një grimcë në tjetrën, quhet transferim i nxehtësisë. Pra, energjia e brendshme e një trupi mund të ndryshohet në dy mënyra: punë mekanike ose transferim nxehtësie.

Kur trupi tashmë është ngrohur, ne nuk mund të tregojmë se në cilën nga dy mënyrat është bërë kjo. Pra, duke mbajtur në duar një gjilpërë çeliku të ndezur, nuk mund të themi se në çfarë mënyre është ngrohur - duke e fërkuar apo duke e vendosur në flakë.

Pyetje. 1. Jepni shembuj që tregojnë se energjia e brendshme e një trupi rritet kur punohet në trup. 2. Përshkruani një eksperiment që tregon se një trup mund të kryejë punë për shkak të energjisë së brendshme. 3. Jepni shembuj të rritjes së energjisë së brendshme të trupit me transferimin e nxehtësisë. 4. Shpjegoni transferimin e nxehtësisë bazuar në strukturën molekulare të materies. 5. Në cilat dy mënyra mund të ndryshohet energjia e brendshme e një trupi?

Ushtrimi.

Vendosni një monedhë me pesë kopekë në një copë kompensatë ose një dërrasë druri. Shtypni monedhën kundër tabelës dhe lëvizeni shpejt, së pari në një drejtim, pastaj në tjetrin. Vini re sa herë ju duhet të lëvizni monedhën në mënyrë që të bëhet e ngrohtë, nxehtë. Bëni një përfundim për lidhjen midis punës së bërë dhe rritjes së energjisë së brendshme të trupit.