Способы изменения внутренней энергии тела. Если над телом совершать работу, то внутренняя энергия этого тела увеличится
Задачи: 1. После обработки на точильном круге зубило становится горячим. Зубило, вынутое из горна, тоже горячее. Одинакова ли причина повышения температуры зубил? 2. При трении головки спички о коробок спичка воспламеняется. Объясните явление. 3. Спичка загорается при трении ее о коробок. Она вспыхивает и при внесении ее в пламя свечи. В чем сходство и различие причин, приведших к воспламенению спички в обоих случаях. 4. Приведите примеры изменения внутренней энергии тела в процессе совершения работы при: трении, ударе, сжатии. 5. Почему пила нагревается, если ею пилить длительное время? 6. Почему, если быстро скользить вниз по шесту или канату, можно обжечь руки?
7. Почему коньки легко скользят по льду, а по стеклу, поверхность которого более гладкая, на коньках кататься невозможно? 8. Почему при вбивании гвоздя его шляпка нагревается слабо, а когда гвоздь уже вбит, то достаточно нескольких ударов, чтобы сильно нагреть шляпку? 9. Что является причиной сильного нагревания и сгорания искусственных спутников Земли при вхождении их в нижние плотные слои атмосферы?
676. Является ли тепловым движением вращение искусственного спутника вокруг Земли?
Нет, не является. Тепловое движение – это беспорядочное движение молекул и атомов, из которых состоит тело.
677. Движение молекул газа можно назвать тепловым движением?
Тепловое движение – это процесс хаотичного движения частиц. Молекулы газа движутся хаотично, поэтому их движение можно назвать тепловым.678. Можно ли сказать, что явление диффузии вызвано тепловым движением?
Тепловое движение – это процесс хаотичного движения частиц в веществе. Диффузия – процесс взаимного проникновения атомов и молекул одного вещества в другое. Процесс взаимного проникновения вызван хаотичным движением атомов и молекул, следовательно, явление диффузии вызвано тепловым движением.
679. Что происходит с тепловым движением при повышении температуры?
При повышении температуры скорость движения молекул увеличивается.
680. Изменится ли кинетическая и потенциальная энергии молекул воды в плотно закупоренной банке с холодной водой, если ее погрузить в горячую воду?
Температура в банке будет увеличиваться за счет явления теплообмена, тем самым увеличивая кинетическую энергию. Потенциальная энергия останется неизменной, так как она зависит от расстояния между молекулами, а оно не изменяется.
681. Свободно падающий мяч, ударившись об асфальт, опять подскакивает, но никогда не поднимается до начальной высоты, с которой упал. Почему?
Потому что кинетическая энергия мяча тратится на преодоление сопротивления воздуха и сил земного тяготения.
682. Вверх подбрасывают монетку. Какие превращения энергии происходят при подъеме монетки? при ее падении? в момент удара об асфальт?
При увеличении высоты подъема монетки возрастает ее потенциальная энергия, а кинетическая убывает. В наивысшей точке потенциальная энергия максимальна, а кинетическая минимальна. При начале падения кинетическая энергия возрастает, а потенциальная убывает. В момент перед ударом кинетическая энергия максимальна, а потенциальная минимальна. При ударе происходит преобразование части энергии в тепло, а также в энергию деформации.
683. Почему при ударе об асфальт монетка нагревается?
Потому что часть энергии монетки переходит в тепловую.
684. В один стакан налита горячая вода, в другой – холодная вода той же массы. В каком стакане вода обладает большей внутренней энергией?
В стакане с горячей водой молекулы двигаются быстрее, чем в холодной. Поэтому горячая вода обладает большей внутренней энергией.
685. Приведите примеры изменения внутренней энергии тел при их сжатии.
Нагревание воздуха в поршне насоса.
686. Как меняется внутренняя энергия тел при трении? Приведите примеры.
Увеличивается. Заточка ножа на точильном камне; трение шин автомобиля при торможении.
687. Меняется ли внутренняя энергия тел при ударе? Приведите примеры.
При ударе внутренняя энергия тел увеличивается. Работа молотка; отскок мяча от пола.
688. Почему происходит изменение внутренней энергии пружины при ее сжатии?
При сжатии пружины возрастает ее потенциальная энергия. Следовательно, внутренняя энергия возрастает.
689. Происходит ли изменение внутренней энергии газа при его расширении?
При расширении газ производит работу против внешних сил, внутренняя энергия его при этом уменьшается.
690. Что происходит с внутренней энергией жидких и твердых тел при их нагревании?
Происходит увеличение внутренней энергии за счет увеличения скорости движения частиц.
691. Меняется ли внутренняя энергия льда при его таянии?
При таянии льда внутренняя энергия увеличивается за счет подвода теплоты излучением и теплопередачей.
692. Сила трения совершает над телом работу. Какие признаки свидетельствуют об изменении внутренней энергии тела?
При совершении работы трения тело нагревается, кинетическая энергия увеличивается и вызывает увеличение внутренней энергии.
Как изменить механическую энергию тела? Да очень просто. Поменять его местоположение или придать ему ускорение. Например, пнуть мячик или поднять его над землей повыше.
В первом случае мы изменим его кинетическую энергию, во втором потенциальную. А как обстоит дело с внутренней энергией? Каким способом изменить внутреннюю энергию тела? Для начала разберемся, что же это такое. Внутренняя энергия - это кинетическая и потенциальная энергия всех частиц, из которых состоит тело. В частности, кинетическая энергия частиц - это энергия их движения. А скорость их движения, как известно, зависит от температуры. То есть, логичный вывод - повышая температуру тела, мы повысим его внутреннюю энергию. Самый простой способ повысить температуру тела - это теплообмен. При контакте тел с разной температурой более холодное тело нагревается за счет более теплого. Более теплое тело в этом случае охлаждается.
Простой ежедневный пример: холодная ложка в чашке с горячим чаем очень быстро нагревается, а чай при этом чуть-чуть остывает. Повышение температуры тела возможно и другими способами. Как мы все поступаем, когда у нас на улице замерзают лицо или руки? Мы трем их. При трении предметы нагреваются. Также предметы нагреваются при ударах, давлении, то есть, иными словами, при взаимодействии. Всем известно, как добывали огонь в древности - либо терли деревяшки друг о друга, либо стукали кремнием по другому камню. Также и в наше время в кремниевых зажигалках используется трение металлического стержня о кремень.
До сих пор речь шла о изменении внутренней энергии путем изменения кинетической энергии составляющих его частиц. А как насчет потенциальной энергии этих же самых частиц? Как известно, потенциальная энергия частиц - это энергия их взаиморасположения. Таким образом, для изменения потенциальной энергии частиц тела, нам надо тело деформировать: сжать, скрутить и так далее, то есть, изменить расположение частиц друг относительно друга. Это достигается путем воздействия на тело. Мы меняем скорость отдельных частей тела, то есть совершаем над ним работу.
Примеры изменения внутренней энергии
Таким образом, все случаи воздействия на тело с целью изменения его внутренней энергии достигаются двумя способами. Либо путем передачи ему тепла, то есть теплопередачей, либо путем изменения скорости его частиц, то есть совершением над телом работы.
Примеры изменения внутренней энергии - это практически все происходящие в мире процессы. Не меняется внутренняя энергия частиц в случае, когда с телом абсолютно ничего не происходит, что согласитесь, крайняя редкость - закон сохранения энергии действует. Вокруг нас все время что-то происходит. Даже с предметами, с которыми на первый взгляд ничего не происходит, на самом деле происходят различные незаметные нам изменения: незначительные изменения температуры, небольшие деформации и так далее. Стул прогибается под нашей тяжестью, у книги на полке чуть-чуть изменяется температуру от каждого движения воздуха, не говоря уже про сквозняки. Ну а что касается живых тел - тут понятно без слов, что в них внутри все время что-то происходит, и внутренняя энергия меняется практически в каждый момент времени.