Каким образом и как изменяется внутренняя энергия продуктов
Анонимный вопрос
17 мая 2018 · 20,3 K
Существует два способа изменить внутреннюю энергию тела или системы тел. Первый способ – это совершение работы. Второй способ – теплопередача.
Если работу совершает само тело, то его внутренняя энергия уменьшается. Если работу совершают над телом, то внутренняя энергия тела увеличивается. При этом происходит превращение механической энергии во внутреннюю, или, наоборот, внутренней в механическую.
Если в результате теплопередачи тело остывает, то его внутренняя энергия уменьшается. Если же телу передается тепло, то его внутренняя энергия увеличивается.
Пример увеличения внутренней энергии тела за счет работы: сжатие газа (при этом он нагревается).
Пример уменьшения внутренней энергии тела за счет работы: расширение газа (при этом газ охлаждается).
Теплопередача представляет собой способ изменения внутренней энергии тела без совершения работы. При этом передающуюся энергию называют количеством теплоты (Q, Дж). Тело получает ровно то количество теплоты, которое ему отдает другое тело, т. е. теплопередача подчиняется закону сохранения энергии.
В любом случае изменение внутренней энергии тела отражается в изменении его температуры.
Изменение внутренней энергии тела за счет работы и теплопередачи может происходить в один и тот же момент времени, т. е. эти два способа работают совместно.
Как восстановить женскую энергию?
Здравствуйте! Если вы чувствуете нехватку энергии у себя, и вы при этом женщина, то не стоит наверняка говорить о том, что её нет. Бывает такое, что через нас проходит жизненная энергия, также есть энергия Земли, которая питает наше тело и порой помогает справляться с болячками или травмами. Восстанавливать не надо в том плане, как вы подразумеваете. Скорее надо её восполнять, а возможно просто прогонять, чтобы у вас не было блоков в теле, тем самым не было упадческого состояния. Элементарную зарядку попробуйте делать на монотонной работе.
Прочитать ещё 2 ответа
Что такое закон сохранения энергии?
Всем, привет! Тема семьи и отношений очень близка мне, но, став мамой, нужно…
Данный закон один из фундаментов законов природы. Основная суть ео в том, что в замкнутой ситеме энергия никуда не теряется, она проходит стадии преобразования, видоизменяется, но не исчезает. Самый простой пример, когда соприкасаются два предмета разной температуры, один холодный другой тёплый, то происходит отдача теповой энергии более холодному предмету.
Прочитать ещё 5 ответов
Как кинетическая энергия тела зависит от массы самого тела?
Если тело находится в состоянии покоя, его кинетическая энергия равна нулю.
Кинетическая энергия тела (Eкин) зависит от массы тела (m) и от скорости его движения (v).
Кинетическая энергия прямо пропорциональна массе тела и квадрату его скорости.
Определяют кинетическую энергию по формуле:
Eкин=m⋅u2/2.
Чтобы рассчитать массу или скорость, формулу преобразуют следующим образом:
m=2⋅Eкин/u2 и Vu=2⋅Eкин/m
С увеличением массы тела в линейной зависимости увеличивается также и его кинетическая энергия.
Если масса увеличивается в 2 раза, тогда кинетическая энергия увеличивается также в 2 раза.
Прочитать ещё 1 ответ
Что происходит с внутренней энергией тела при нагревании?
Профессиональный прокрастинатор. Два раза учился в МИРЭА 🙂 Люблю фантастику и…
При нагревании внутренняя энергия тела увеличивается.
Изменение внутренней энергии прямо пропорционально изменению температуры (по шкале Кельвина). Количественное значение изменения пропорционально теплоёмкости тела.
При абсолютном нуле внутренняя энергия становится равной нулю.
Источник
Внутренняя энергия сосредоточена «внутри» вещества и складывается из потенциальной энергии взаимодействующих молекул (атомов) и кинетической энергии их движения:
U=∑Ek0+∑Ep0
∑Ek0 — кинетическая энергия молекул (атомов), которая зависит от скорости их движения. Она изменяется только при изменении температуры. В процессе агрегатных переходов кинетическая энергия молекул остается неизменной.
∑Ep0 — потенциальная энергия взаимодействия молекул, которая зависит от расстояния между ними. Она изменяется при изменении температуры и объема. Например, в процессе агрегатных переходов изменяется именно потенциальная энергия молекул.
Способы изменения внутренней энергии:
- Совершение работы (за счет трения или ударов).
- Испарение (в процессе испарения внутренняя энергия жидкости понижается).
- Теплопередача (приведение в соприкосновение с более холодным или более нагретым телом).
Виды теплопередачи
Выделяют три вида теплопередачи: теплопроводность, конфекцию и излучение.
Теплопроводность
Определение
Теплопроводность — способность тел переносить внутреннюю энергию без переноса вещества от более нагретых участков тела к более холодным.
При теплопроводности происходит постепенное увеличение скорости движения молекул. Это возможно только благодаря межмолекулярному взаимодействию. Поэтому теплопроводность в твердых телах происходит быстрее, чем в жидкостях. В газах она осуществляется еще медленнее. Для сохранения тепла используют пористые материалы, в которых много воздуха. Воздух — это смесь газов, поэтому он плохо переводит тепло.
Важно! В вакууме теплопроводность невозможна.
Конвекция
Определение
Конвекция — это перенос внутренней энергии, сопровождающийся переносом вещества.
При конвекции теплые слои жидкости или газа поднимаются, а холодные опускаются. Конвекция осуществляется только в жидкостях и газах.
Важно! В твердых телах и в вакууме конвекция невозможна.
Излучение
Определение
Излучение — это перенос теплоты в пространстве, осуществляемый в результате распространения электромагнитных волн, энергия которых при взаимодействии с веществом переходит в тепло.
Энергию излучают все нагретые тела. Чем больше нагрето тело, тем сильнее излучение. Теплопередача за счет излучения возможна в любой среде, в том числе и в вакууме.
Темные поверхности хорошо поглощают излучение, но быстро отдают энергию при охлаждении. Зеркальные и светлые поверхности отражают часть излучения и медленно остывают.
Количество теплоты
Определение
Количество теплоты Q (Дж) — физическая величина, которая показывает, на сколько изменяется внутренняя энергия вещества в процессе теплопередачи:
Q=±U
Если внутренняя энергия вещества увеличивается, то Q > 0. Это происходит при нагревании, плавлении и кипении.
Если внутренняя энергия вещества уменьшается, Q < 0. Это происходит при охлаждении, отвердевании и конденсации.
Нагревание и охлаждение вещества
Формула теплоты при нагревании или охлаждении
При нагревании или охлаждении вещество получает (отдает) количество теплоты, определяемое по формуле:
Q=cmΔt=cm(t−t0)
∆t — изменение температуры вещества (в оС или К), t0— начальная температура вещества, t — конечная температура вещества, m — его масса (кг), c — удельная теплоемкость вещества (Дж/(кг∙К)).
Удельная теплоемкость вещества показывает, какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы нагреть 1 кг вещества на 1 градус. Такое же количество теплоты выделится при охлаждении 1 кг этого вещества на 1 градус.
Внимание! Удельная теплоемкость вещества — табличная величина.
Количество теплоты также определяется формулой:
Q=CΔT
∆T — изменение температуры в Кельвинах, а C — теплоемкость вещества.
Теплоемкость вещества показывает, сколько теплоты поглощает тело при нагревании на 1 К. Измеряется в Дж/кг. Численно теплоемкость равна произведению массы вещества на его удельную теплоемкость:
C=cm
Пример №1. Температура медного образца массой 100 г увеличилась на 40 оС. Какое количество теплоты получил образец? Удельная теплоемкость меди равна 380 Дж/(кг∙К).
100 г = 0,1 кг
Q=cmΔt=380·0,1·40=1520 (Дж)
Сгорание топлива
Формула теплоты при сгорании топлива
При сгорании топлива выделяется количество теплоты, определяемое формулой:
Q=qm
m — масса сгоревшего топлива (кг), q — удельная теплота сгорания топлива (Дж/кг).
Удельная теплота сгорания показывает, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 1 кг данного вида топлива.
Внимание! Удельная теплота сгорания — табличная величина.
Пример №2. Сгорело 5 сухих березовых поленьев. Каждый весил 1 кг. Определить, количество выделенной теплоты, если удельная теплота сгорания березовых дров составляет 15 МДж/кг.
15МДж = 15∙109 Дж
Так как сгорело 5 поленьев по 1 кг, то всего сгорело 5 кг сухих березовых дров. Отсюда:
Q=qm=5·15·109=75·109 (Дж)=75 (МДж)
Алиса Никитина | ???? Скачать PDF |
Источник
Понятие внутренней энергии было сформулировано физиками прежде всего для построения теории, объясняющей тепловые явления. Для объяснения процессов теплопередачи, физическое тело рассматривается как система, состоящая из большого количества частиц (атомов и молекул). Сумма энергий всех частиц, составляющих тело (кинетическая и потенциальная), по определению является внутренней энергией физического тела. Рассмотрим основные способы изменения внутренней энергии.
Первый закон термодинамики и внутренняя энергия
Когда работа A совершается в результате механического движения тела как целого, или его взаимодействия с другими телами, то знание величины внутренней энергии U не требуется для расчетов. Напротив, когда работа сопровождается передачей тепла Q, то без знания закономерности, отражающей связь этих величин между собой, уже не обойтись. Эту связь устанавливает первый закон термодинамики, который формулируется следующим образом: изменение внутренней энергии ΔU в неизолированной термодинамической системе равно сумме работы внешних сил A и количества теплоты Q, переданного системе, что выражается в виде формулы:
$ ΔU = { Q + A } $ (1).
Если же сама термодинамическая система, получив тепло Q, совершает работу А, то формула (1) принимает следующий вид:
$ ΔU = { Q – A } $ (2).
Представления о внутренней энергии сложились далеко не сразу. В течение ХIХ века существовала теория теплорода, предложенная французским ученым Лавуазье. Считалось, что теплород — это некая субстанция (особый вид материи), при втекании которой в тело, его температура увеличивается, а при вытекании происходит уменьшение температуры. Многочисленные эксперименты, проведенные в начале ХIХ века, полностью опровергли эту теорию и развеяли миф о теплороде.
Изменение величины внутренней энергии с помощью работы
Итак, в соответствии с первым законом термодинамики внутренняя энергия вещества, из которого состоит данное тело, изменится если над ним будет совершена работа внешними силами, либо само тело совершит работу. Приведем ряд примеров:
- Когда мы забиваем гвоздь молотком в доску, или отрезаем ножовкой по металлу кусок трубы, то легко обнаружить, что происходит повышение температуры (разогрев) всех “участников” произведенных действий: гвоздя, молотка, ножовки и трубы. В обоих случаях была произведена работа по преодолению силы трения;
- Если взять металлическую проволоку, и произвести некоторое количество сгибаний и разгибаний, то также нетрудно будет заметить, что температура металла за счет этих деформаций увеличилась;
- Так как величина внутренней энергии пропорциональна температуре тела, то, следовательно, произошло ее увеличение за счет произведенной нами работы. Приведенные примеры описываются формулой (1);
- Работа, которую совершает нагретый пар в тепловом двигателе, вращая турбину, уменьшает его внутреннюю энергию. Для этого примера справедлива формула (2).
Изменение величины внутренней энергии с помощью передачи тепла
Количество теплоты Q, полученное телом извне или, наоборот, переданное от себя другому телу — второй механизм, приводящий к изменению внутренней энергии ΔU. Передача энергии от одного тела к другому без совершения работы называется теплообменом или теплопередачей. Теплообмен возможен только между телами, имеющими разную температуру, в результате чего происходит передача части внутренней энергии от тела с более высокой температурой к телу, имеющему низкую температуру.
Существует три основных механизма теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение:
- Механизм теплопроводности связан с передачей тепла от более нагретого тела к менее нагретому. Например, когда кастрюля с холодной водой ставится на разогретую газовую или электроплиту, то нагрев происходит за счет этого механизма, суть которого заключается в передаче энергии “горячих” молекул газового пламени или молекул раскаленной электрической спирали;
- Конвекция представляет собой перенос внутренней энергии в газах и жидкостях в результате циркуляции потоков вещества и последующего перемешивания. Простым примером для понимания характера этого механизма служит работа кондиционера в помещении, когда поток охлажденного им воздуха начинает перемешиваться с более теплым, что приводит к общему понижению температуры в квартире или офисе;
- Передача тепла с помощью излучения происходит в виде электромагнитных волн. Этот механизм может проистекать даже в вакууме. Часть внутренней энергии преобразуется в электромагнитную энергию, которая распространяется в пространстве и после попадания на другое тело, поглощается им. Таким образом происходит изменение внутренней энергии обоих тел. Чем больше температура тела, тем больше энергии передается с помощью излучения.
Рис. 1. Излучение – один из механизмов теплопередачи.
Изменение внутренней энергии с помощью химических реакций
Внутренняя энергия системы, представляющая собой смесь разных веществ, может изменяться в результате химических реакций, в которые эти вещества вступают между собой. При этом в результате тепло Q может либо выделяться (экзотермическая реакция), либо поглощаться (эндотермическая реакция). В первом случае внутренняя энергия уменьшается, а во втором — увеличивается.
Примером реакции с выделением тепла Q может служить реакция горения метана в кислороде:
$ СH_4 + 2O_2 = CO_2 + 2*H_2O + Q $ (3).
Пример реакции с поглощением тепла — разложение карбоната кальция СaCO3 на углекислый газ CO2 и оксид кальция (негашеная известь) CaO:
$ СaCO_3 = CaO + CO_2 – Q $ (4).
Все перечисленные способы изменения внутренней энергии можно представить в виде следующей таблицы:.
Рис. 2. Таблица изменений внутренней энергии физических тел.
Физики научились регистрировать и измерять тепловое излучение, что позволило создать удивительные приборы, которые называются тепловизорами. Этими устройствами можно бесконтактно (на расстоянии) измерять температуру на поверхности различных тел, в том числе на теле человека. Тепловизоры применяются в медицине, в военной технике, в промышленности.
Рис. 3. Тепловизор — прибор, использующий тепловое излучение.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали, что внутреннюю энергию тела можно изменить либо с помощью совершения работы А, либо с помощью передачи количества теплоты Q. Существует три основных механизма теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Внутренняя энергия может также изменяться в результате химических реакций.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда – пройдите тест.
-
Александр Коновалов
10/10
Оценка доклада
Средняя оценка: 4. Всего получено оценок: 204.
Источник
Внутренняя энергия тела не может являться постоянной величиной. Она может изменяться у любого тела. Если повысить температуру тела, то его внутренняя энергия увеличится, т.к. увеличится средняя скорость движения молекул. Таким образом, увеличивается кинетическая энергия молекул тела. И, наоборот, при понижении температуры, внутренняя энергия тела уменьшается.
Можно сделать вывод: внутренняя энергия тела изменяется, если меняется скорость движения молекул. Попытаемся определить, каким методом можно увеличить или уменьшить скорость передвижения молекул. Рассмотрим следующий опыт. Закрепим на подставке латунную трубку с тонкими стенками. Наполним трубку эфиром и закроем его пробкой. Затем обвяжем его веревкой и начнем интенсивно двигать веревкой в разные стороны. Спустя определенное время, эфир закипит, и сила пара вытолкнет пробку. Опыт демонстрирует, что внутренняя энергия вещества (эфира) возросла: ведь он изменил свою температуру, при этом закипев.
Увеличение внутренней энергии произошло за счет совершения работы при натирании трубкой веревкой.
Как мы знаем, нагревание тел может происходить и при ударах, сгибании или разгибании, говоря проще, при деформации. Во всех приведенных примерах, внутренняя энергия тела возрастает.
Таким образом, внутреннюю энергию тела можно увеличить, совершая над телом работу.
Если же работу выполняет само тело, его внутренняя энергия уменьшается.
Рассмотрим еще один опыт.
В стеклянный сосуд, у которого толстые стенки и он закрыт пробкой, накачаем воздух через специально проделанное отверстие в ней.
Спустя некоторое время пробка вылетит из сосуда. В тот момент, когда пробка вылетает из сосуда, мы сможем увидеть образование тумана. Следовательно, его образование обозначает, что воздух в сосуде стал холодным. Сжатый воздух, который находится в сосуде, при выталкивании пробки наружу совершает определенную работу. Данную работу он выполняет за счет своей внутренней энергии, которая при этом сокращается. Делать выводы об уменьшении внутренней энергии можно исходя из охлаждения воздуха в сосуде. Таким образом, внутреннюю энергию тела можно изменять путем совершения определенной работы.
Однако, внутреннюю энергию возможно изменить и иным способом, без совершения работы. Рассмотрим пример, вода в чайнике, который стоит на плите закипает. Воздух, а также другие предметы в помещении нагреваются от радиатора центрального направления. В подобных случаях, внутренняя энергия увеличивается, т.к. увеличивается температура тел. Но работа при этом не совершается. Значит, делаем вывод, изменение внутренней энергии может произойти не из-за совершения определенной работы.
Рассмотрим еще один пример.
В стакан с водой опустим металлическую спицу. Кинетическая энергия молекул горячей воды, больше кинетической энергии частиц холодного металла. Молекулы горячей воды будут передавать часть своей кинетической энергии частицам холодного металла. Таким образом, энергия молекул воды будет определенным образом уменьшаться, тем временем как энергия частиц металла будет повышаться. Температуры воды понизится, а температуры спицы не спеша, 
будет увеличиваться. В дальнейшем, разница между температурой спицы и воды исчезнет. За счет этого опыта мы увидели изменение внутренней энергии различных тел. Делаем вывод: внутренняя энергия различных тел изменяется за счет теплопередачи.
Процесс преобразования внутренней энергии без совершения определенной работы над телом или самим телом называется теплопередачей.
Остались вопросы? Не знаете, как сделать домашнее задание?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь.
Первый урок – бесплатно!
Зарегистрироваться
© blog.tutoronline.ru,
при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.
Остались вопросы?
Задайте свой вопрос и получите ответ от профессионального преподавателя.
Источник