• gmseeer
  • Комментариев: 0
  • Просмотров: 1 446
  • 6-09-2015, 22:45

Даний відеоурок допоможе вам отримати уявлення про тему «Внутрішня енергія». Тут ми згадаємо типи енергії, які ми вивчали – кінетичну енергію руху і потенційну енергію. І дамо визначення внутрішньої енергії тіла як суми всіх енергій тіла і суми енергій частинок, що складають дане тіло.

Тема: Теплові явища

Урок: Внутрішня енергія

1. Вступ.

З поняттям енергія ми зіткнулися ще в 7 класі. Давайте згадаємо визначення цього поняття.

Визначення.Енергія – це фізична величина, яка характеризує здатність тіла або системи тіл виконати певну роботу.

Саме поняття робота є знайомим і звичним з повсякденного життя. Вона ділиться на безліч видів, ми ж вивчили тільки поняття механічної роботи. Якщо згадати, то механічна робота – це величина, за допомогою якої можливо описувати процеси переміщення тіла при додатку певної сили. Наприклад, можна оцінити роботу, яку необхідно виконати, щоб перевезти важкий вантаж з одного місця на інше (див. Рис. 1). Так ось, саме здатність тіла до виконання механічної роботи характеризується механічною енергією тіла.

Рис. 1.

2. Види механічної енергії

Види механічної енергії зручно зобразити за допомогою схеми.

 

Визначення.Кінетична енергія – частина механічної енергії, яка визначає рух тіла.

Визначення.Потенційна енергія – енергія, яку мають тіла або частини одного тіла з-за того, що взаємодіють з іншими тілами (або частинами тіл).

Позначення у наведених формулах:

– маса тіла, кг,

– швидкість руху тіла, м/з,

– прискорення вільного падіння, М/кг (м/с2),

– висота тіла над поверхнею, м,

– жорсткість пружини, Н/м,

– розтяг пружини, м.

3. Взаємні перетворення механічної енергії


Крім згаданих понять слід згадати і те, що два типу механічної енергії можуть перетворюватися (переходити) один в одного, наприклад, при падінні тіла (див. Рис. 2). Розглянемо вільно падаючий кульку. Очевидно, що при падінні його висота над поверхнею зменшується, а швидкість збільшується, це означає, що зменшується його потенційна енергія, а кінетична збільшується. Слід розуміти, що ці два процеси не відбуваються окремо, вони взаємопов'язані, і кажуть, що потенціальна енергія переходить у кінетичну.

Рис. 2.

Уявляти собі процеси перетворення механічних енергій при падінні тіла зручно наступним чином: суму всіх енергій (повну механічну енергію) представити як повне відро води з написом «потенційна енергія», з якого починають переливати воду у відро з написом «кінетична енергія». Виходить, що відро «з потенційною енергією» дрібніє, а «з кінетичною» наповнюється, загальний об'єм води при цьому не змінюється – цим уже пояснюється закон збереження механічної енергії.

З наведеного прикладу стає ясно, що в мить безпосередньо перед падінням тіла на поверхню (висота дорівнює нулю) вся потенційна енергія переходить у кінетичну (одне відро перелито в інше). Виникає питання, що ж відбувається з кінетичною енергією тіла після удару об поверхню, адже тіло зупиняється, і його висота над поверхнею стає рівною нулю. Куди ж перейшла вся енергія? Вона перетворюється в новий для нас тип енергії, про який ми поговоримо пізніше.

Можна розглянути й інший приклад перетворення енергії: коливання вантажу на пружині (див. Рис. 3). В даному випадку спостерігається схожа ситуація – перетворення потенційної енергії в кінетичну і навпаки. Цей випадок відрізняється від процесу падіння тіла тим, що в нижній точці коливання вантажу пружина стискається назад, тим самим дозволяючи відбуватися перетворення енергій періодично з потенційної в кінетичну, знову в потенційну і т. д., поки не припиняться коливання. Якщо розібратися детальніше, то в даному процесі перетворення енергій відбуваються складніше, наприклад, при русі вантажу з нижньої точки деформованої пружини відбувається перехід потенційної енергії пружини в потенційну енергію вантажу (він піднімається) і його кінетичну енергію (він розганяється). Т. е. на цьому прикладі ми бачимо, що в перетвореннях можуть брати участь відразу кілька видів енергій, які можуть ставитися до різних тіл (пружина і вантаж).

Рис.3

4. Введення поняття внутрішня енергія тіла

Повернемося до питання про те, у що перетворюється кінетична енергія тіла відразу після падіння на поверхню. Вона перетворюється у внутрішню енергію, що і є основним об'єктом вивчення даного уроку.

Щоб зрозуміти, що таке внутрішня енергія, слід звернути увагу на мікросвіт частинок речовини (атоми і молекули) і пригадати, що вони знаходяться в безперервному русі, це вже свідчить про наявність у них кінетичної енергії, крім того, частинки взаємодіють один з одним, що призводить до виникнення у них потенційної енергії.

Визначення.Кінетична енергія руху частинок і потенційна енергія їх взаємодії складають внутрішню енергію тіла. Внутрішню енергію позначають і вимірюється вона, як і всі інші види енергії, Дж (джоулях).

Отже, маємо формулу для внутрішньої енергії тіла: . Де під розуміється кінетична енергія частинок тіла, а під – їх потенційна енергія.

Згадаймо попередній урок, на ньому ми говорили про те, що рух частинок тіла характеризує його температура, з іншого боку, внутрішня енергія тіла пов'язана з характером (активністю) руху частинок. Отже, внутрішня енергія і температура – взаємопов'язані поняття. При підвищенні температури тіла його внутрішня енергія теж підвищується, при зниженні – зменшується.

5. Зв'язок між внутрішньою енергією тіла і температурою.

Слід особливу увагу звернути на те, що внутрішня енергія тіла не залежить від потенційної і кінетичної енергії самого тіла, а тільки від потенційної і кінетичної енергії його частинок. Ці поняття не слід плутати.

6. Взаємозв'язок внутрішньої енергії з різними типами процесів.

Взаємозв'язок між внутрішньою енергією і різними видами процесів можна зобразити на схемі:

Якщо порівнювати внутрішню енергію з іншими видами енергій, то вона як поняття існує окремо і має особливу властивість: будь-яке тіло за будь-яких умов завжди має певний запас внутрішньої енергії.

На наступному уроці ми поговоримо про те, які існують способи зміни внутрішньої енергії, і познайомимося з поняттям теплообмін.

 

Список рекомендованої літератури

1. Генденштейн Л. Е., Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. /Під ред. Орлова Ст. А., Ройзена В. І. Фізика 8. – М.: Мнемозина.

2. Перышкин А. В. Фізика 8. – М: Дрофа, 2010.

3. Фадєєва А. А., Засув А. В., Кисельов Д. Ф. Фізика 8. – М: Просвітництво.