Դուք տեսնում եք, որ հրթիռ է թռչում: Նա կատարում է աշխատանքը. նա բարձրացնում է տիեզերագնացներին և բեռը: Հրթիռի կինետիկ էներգիան մեծանում է,քանի որ բարձրանալիս հրթիռը ձեռք է բերում ավելի մեծ արագություն: Հրթիռի պոտենցիալ էներգիան նույնպես մեծանում է,քանի որ այն ավելի ու ավելի է բարձրանում Երկրից: Հետեւաբար, այս էներգիաների գումարը, այսինքն մեծանում է նաև հրթիռի մեխանիկական էներգիան։

Մենք հիշում ենք, որ երբ մարմինը աշխատում է, նրա էներգիան նվազում է: Այնուամենայնիվ, հրթիռը իսկապես աշխատում է, բայց նրա էներգիան ոչ թե նվազում է, այլ ավելանում: Ո՞րն է հակասության լուծումը։ Պարզվում է, որ բացի մեխանիկական էներգիայից, կա էներգիայի մեկ այլ տեսակ. ներքին էներգիա.Դա պայմանավորված է հրթիռի արտադրած այրվող վառելիքի ներքին էներգիայի նվազմամբ մեխանիկական աշխատանքև, ավելին, մեծացնում է նրա մեխանիկական էներգիան։

Ոչ միայն այրվող, Ինչպես նաեւ տաքմարմիններն ունեն ներքին էներգիա, որը հեշտությամբ կարող է վերածվել մեխանիկական աշխատանքի: Եկեք փորձ կատարենք. Կշեռքը տաքացնում ենք եռման ջրի մեջ և դնում թիթեղյա տուփի վրա, որը ամրացված է մանոմետրին։ Քանի որ տուփի օդը տաքանում է, մանոմետրի հեղուկը կսկսի շարժվել (տես նկարը):

Ընդարձակվող օդը իսկապես աշխատում է հեղուկի վրա: Ինչպիսի՞ էներգիա է դա տեղի ունենում: Իհարկե, քաշի ներքին էներգիայի շնորհիվ։ Հետեւաբար, այս փորձառության մեջ մենք դիտարկում ենք մարմնի ներքին էներգիայի վերածումը մեխանիկական աշխատանքի:Նկատի ունեցեք, որ այս փորձի քաշի մեխանիկական էներգիան չի փոխվում, այն միշտ հավասար է զրոյի:

Այսպիսով, ներքին էներգիա- սա մարմնի այնպիսի էներգիա է, որի շնորհիվ կարելի է կատարել մեխանիկական աշխատանք՝ չառաջացնելով այս մարմնի մեխանիկական էներգիայի նվազում։

Ցանկացած մարմնի ներքին էներգիան կախված է բազմաթիվ պատճառներից՝ նյութի տեսակից ու վիճակից, մարմնի զանգվածից ու ջերմաստիճանից և այլն։ Բոլոր մարմիններն ունեն ներքին էներգիա՝ մեծ և փոքր, տաք և սառը, պինդ, հեղուկ և գազային:

Մարդու կարիքների համար ամենահեշտը կարող է օգտագործվել միայն ներքին էներգիան, պատկերավոր ասած՝ տաք և դյուրավառ նյութերն ու մարմինները։ Դրանք են՝ նավթը, գազը, քարածուխը, հրաբուխների մոտ գտնվող երկրաջերմային աղբյուրները և այլն։ Բացի այդ, 20-րդ դարում մարդը սովորեց օգտագործել այսպես կոչված ռադիոակտիվ նյութերի ներքին էներգիան։ Դրանք են, օրինակ, ուրան, պլուտոնիում և այլն։

Նայեք գծապատկերի աջ կողմին: Ժողովրդական գրականության մեջ հաճախ հիշատակվում են ջերմային, քիմիական, էլեկտրական, ատոմային (միջուկային) և էներգիայի այլ տեսակներ։ Դրանք բոլորը, որպես կանոն, ներքին էներգիայի տարատեսակներ են, քանի որ դրանց շնորհիվ մեխանիկական աշխատանք կարող է իրականացվել առանց մեխանիկական էներգիայի կորստի: Ներքին էներգիայի հայեցակարգը մենք ավելի մանրամասն կանդրադառնանք ֆիզիկայի հետագա ուսումնասիրության ժամանակ։

Եթե ​​դուք մղում եք խցանով փակված հաստ պատերով տարայի մեջ, որի հատակը ծածկված է ջրով, ապա որոշ ժամանակ անց բանկայի խցանը դուրս կթռչի, և բանկաում մառախուղ կառաջանա։ Խցանափայտը դուրս թռավ պահածոյից, քանի որ այնտեղ եղած օդը որոշակի ուժով ազդեց դրա վրա։ Օդը, երբ վարդակից դուրս թռավ, գործն արեց: Հայտնի է, որ մարմինը կարող է աշխատանք կատարել, եթե էներգիա ունենա։ Հետեւաբար պահածոյի օդը էներգիա ունի։

Երբ օդը գործեց, նրա ջերմաստիճանն իջավ, վիճակը փոխվեց։ Միևնույն ժամանակ օդի մեխանիկական էներգիան չի փոխվել՝ չեն փոխվել ոչ արագությունը, ոչ էլ դիրքը Երկրի նկատմամբ։ Հետևաբար, աշխատանքն իրականացվել է ոչ թե մեխանիկական, այլ այլ էներգիայի հաշվին։ Այս էներգիան բանկայի օդի ներքին էներգիան է:

Ներքին էներգիամարմինը նրա մոլեկուլների շարժման կինետիկ էներգիայի և դրանց փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիայի գումարն է։ Կինետիկ էներգիա ( Եկ) մոլեկուլները ունեն, քանի որ շարժման մեջ են, և պոտենցիալ էներգիա ( Եպ) երբ նրանք փոխազդում են: Ներքին էներգիան նշվում է տառով U... Ներքին էներգիայի միավորը 1 ջոուլ է (1 Ջ). U = EK + En.

Ներքին էներգիան փոխելու ուղիներ

Որքան մեծ է մոլեկուլների շարժման արագությունը, այնքան բարձր է մարմնի ջերմաստիճանը, հետևաբար՝ ներքին էներգիան կախված է մարմնի ջերմաստիճանից ... Նյութը պինդ վիճակից հեղուկ վիճակի տեղափոխելու համար, օրինակ՝ սառույցը ջրի վերածելու համար, անհրաժեշտ է նրան էներգիա մատակարարել։ Հետևաբար ջուրը կունենա ավելի շատ ներքին էներգիա, քան նույն զանգվածի սառույցը, հետևաբար՝ ներքին էներգիա կախված է մարմնի ագրեգացման վիճակից .

Ներքին էներգիան կարող է փոխվել աշխատանք կատարելիս ... Եթե ​​մուրճով մի քանի անգամ խփեք կապարի կտորին, ապա նույնիսկ հպումով կարող եք ասել, որ կապարի կտորը տաքանալու է։ Հետեւաբար, նրա ներքին էներգիան, ինչպես նաեւ մուրճի ներքին էներգիան, ավելացել է։ Դա տեղի է ունեցել, քանի որ կապարի կտոր էր մշակվում:

Եթե ​​մարմինն ինքն է կատարում այդ աշխատանքը, ապա նրա ներքին էներգիան նվազում է, իսկ եթե նրա վրա աշխատանք է կատարվում, ապա նրա ներքին էներգիան մեծանում է։

Եթե ​​տաք ջուրը լցնեն մի բաժակ սառը ջրի մեջ, ապա տաք ջրի ջերմաստիճանը կնվազի, իսկ սառը ջրի ջերմաստիճանը կբարձրանա։ Դիտարկված օրինակում մեխանիկական աշխատանք չի կատարվում, մարմինների ներքին էներգիան փոխվում է ջերմահաղորդում, ինչի մասին վկայում է նրա ջերմաստիճանի նվազումը։

Տաք ջրի մոլեկուլներն ավելի շատ կինետիկ էներգիա ունեն, քան սառը ջրի մոլեկուլները։ Տաք ջրի մոլեկուլների այս էներգիան բախումների ժամանակ փոխանցվում է սառը ջրի մոլեկուլներին, իսկ սառը ջրի մոլեկուլների կինետիկ էներգիան մեծանում է։ Այս դեպքում տաք ջրի մոլեկուլների կինետիկ էներգիան նվազում է։

ՋերմահաղորդումՄարմնի ներքին էներգիան փոխելու միջոց է՝ առանց աշխատանք կատարելու էներգիան մարմնի մի մասից մյուսը կամ մի մարմնից մյուսը փոխանցելիս։

Ներքին էներգիամոլեկուլների շարժման և փոխազդեցության էներգիան է։

Մարմինը կազմող բոլոր մոլեկուլների կինետիկ էներգիան և դրանց փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան են մարմնի ներքին էներգիան.

Երբ մարմինը կանգ է առնում, մեխանիկական շարժումը դադարում է, բայց նրա մոլեկուլների պատահական (ջերմային) շարժումը մեծանում է։ Մեխանիկական էներգիավերածվում է մարմնի ներքին էներգիայի

Ներքին էներգիակախված է մարմնի ջերմաստիճանից, ագրեգացման վիճակից և այլ գործոններից։

Մարմնի ներքին էներգիան կախված չէ ոչ մարմնի մեխանիկական շարժումից, ոչ էլ մարմնի դիրքից այլ մարմինների նկատմամբ։

Եթե ​​դիտարկենք կինետիկ և պոտենցիալ էներգիամեկ մոլեկուլ, ապա սա շատ փոքր արժեք է, քանի որ մոլեկուլի զանգվածը փոքր է։ Քանի որ մարմինը պարունակում է բազմաթիվ մոլեկուլներ, մարմնի ներքին էներգիան, որը հավասար է բոլոր մոլեկուլների էներգիաների գումարին, մեծ կլինի:

Ներքին էներգիան փոխելու ուղիներ

Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, մարմնի ներքին էներգիան մեծանում է, քանի որ այս մարմնի մոլեկուլների շարժման միջին արագությունը մեծանում է։ Ընդհակառակը, ջերմաստիճանի նվազման հետ մարմնի ներքին էներգիան նվազում է։

Փորձառություն.եթե շիշը ռետինե խցանով տաքացնեք, որոշ ժամանակ անց խցանը դուրս կթռչի։

Այսպիսով, մարմնի ներքին էներգիան փոխվում է, երբ փոխվում է մոլեկուլների շարժման արագությունը։

Ներքին էներգիան կարող է փոխվել երկու եղանակով.

1) մեխանիկական աշխատանք կատարելը. Ներքին էներգիան ավելանում է, եթե մարմնի վրա աշխատանք է կատարվում, և նվազում է, եթե մարմինն աշխատում է:

2) ջերմության փոխանցման միջոցով (ջերմային հաղորդակցություն, կոնվեկցիա, ճառագայթում): Եթե ​​մարմինը ջերմություն է տալիս, ապա ներքին էներգիան նվազում է, իսկ եթե ջերմություն է ստանում, ապա ավելանում է։

Ջերմային փոխանցման տեսակները. Փորձեր, որոնք ցույց են տալիս ջերմության փոխանցման տեսակները: Ջերմափոխանակությունը բնության մեջ, տեխնիկա, մեխանիկա։

Ջերմային փոխանցում (ջերմային փոխանցում)- Սա ներքին էներգիայի փոփոխման գործընթաց է, որը տեղի է ունենում առանց աշխատանք կատարելու:

1)

Ջերմային ջերմահաղորդություն - ջերմության փոխանցման տեսակ, որի ժամանակ էներգիան փոխանցվում է մի մարմնից մյուսը շփման ժամանակ կամ դրա մի մասից մյուսը։ Տարբեր նյութեր ունեն տարբեր ջերմային հաղորդակցություն: Ջերմային հաղորդունակությունը բարձր է մետաղների համար, ավելի քիչ՝ հեղուկների և ցածր՝ գազերի համար։ Ջերմային հաղորդունակությամբ նյութի փոխանցում չկա:

2) կոնվեկցիա- ջերմության փոխանցման տեսակը, որի դեպքում էներգիան փոխանցվում է գազի և հեղուկի շիթերով. Կոնվեկցիայի երկու տեսակ կա՝ բնական և հարկադիր: Պինդ մարմիններում կոնվեկցիա չկա, քանի որ դրանց մասնիկները մեծ շարժունակություն չունեն։ Կոնվեկցիայի բազմաթիվ դրսևորումներ կարելի է գտնել բնության և մարդու կյանքում: Կոնվեկցիան օգտագործվում է նաև ճարտարագիտության մեջ։

3) ճառագայթում - ջերմության փոխանցման տեսակ, որի դեպքում էներգիան իրականացվում է էլեկտրամագնիսական ալիքներով: Մուգ մակերես ունեցող մարմիններն ավելի լավ են կլանում և արձակում էներգիա, քան թեթև մակերեսով մարմինները։ Սա գործնականում օգտագործվում է:

* Ջերմափոխանակության ժամանակ մատակարարվող ջերմության քանակը մոդուլով հավասար է ստացված ջերմության քանակին, կամ դրանց գումարը հավասար է զրոյի։ Սա կոչվում է ջերմային հավասարակշռության մակարդակ:

Մեզ շրջապատող բոլոր մակրոսկոպիկ մարմիններն ունեն մասնիկներ՝ ատոմներ կամ մոլեկուլներ: Գտնվելով մշտական ​​շարժման մեջ՝ նրանք միաժամանակ տիրապետում են երկու տեսակի էներգիայի՝ կինետիկ և պոտենցիալ և կազմում են մարմնի ներքին էներգիան.

U = ∑ Е k + ∑ Е p

Այս հայեցակարգը ներառում է նաև էլեկտրոնների, պրոտոնների, նեյտրոնների միմյանց հետ փոխազդեցության էներգիան։

Հնարավո՞ր է փոխել ներքին էներգիան

Այն փոխելու 3 եղանակ կա.

• ջերմության փոխանցման գործընթացի պատճառով;
• մեխանիկական աշխատանք կատարելով;
• քիմիական ռեակցիաներ իրականացնելով։

Եկեք ավելի մանրամասն քննարկենք բոլոր տարբերակները:

Եթե ​​աշխատանքը կատարվում է հենց մարմնի կողմից, ապա նրա ներքին էներգիան կսկսի նվազել, իսկ երբ աշխատանք կատարվի մարմնի վրա, նրա ներքին էներգիան կավելանա։

Էներգիայի ավելացման ամենապարզ օրինակներն են շփման միջոցով կրակ առաջացնելու դեպքերը.

• Tinder օգտագործելով;
• օգտագործելով կայծքար;
• օգտագործելով լուցկիներ.

Ջերմային գործընթացները, որոնք կապված են ջերմաստիճանի փոփոխության հետ, ուղեկցվում են նաև ներքին էներգիայի փոփոխություններով: Եթե ​​դուք տաքացնում եք մարմինը, նրա էներգիան կավելանա։

Քիմիական ռեակցիաների արդյունքը կառուցվածքով և բաղադրությամբ միմյանցից տարբերվող նյութերի փոխակերպումն է։ Օրինակ, վառելիքի այրման գործընթացում, ջրածինը թթվածնի հետ համատեղելուց հետո առաջանում է ածխածնի օքսիդ։ Երբ աղաթթուն միանում է ցինկի հետ, ջրածինը կթողարկվի, իսկ ջրածնի այրման արդյունքում՝ ջրի գոլորշի։

Մարմնի ներքին էներգիան նույնպես կփոխվի էլեկտրոնների մի էլեկտրոնային թաղանթից մյուսն անցնելու պատճառով։

Մարմինների էներգիա - կախվածություն և բնութագրեր

Ներքին էներգիան մարմնի ջերմային վիճակի հատկանիշն է։ Դա կախված է:

• ագրեգացման վիճակը և փոփոխությունները եռման և գոլորշիացման, բյուրեղացման կամ խտացման, հալման կամ սուբլիմացիայի ժամանակ.
• մարմնի քաշը;
• մարմնի ջերմաստիճանը, որը բնութագրում է մասնիկների կինետիկ էներգիան.
• նյութի տեսակ.

Միատոմային իդեալական գազի ներքին էներգիան

Այս էներգիան, իդեալականորեն, բաղկացած է յուրաքանչյուր մասնիկի կինետիկ էներգիաներից, որոնք շարժվում են պատահականորեն և անընդհատ, և դրանց փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան որոշակի մարմնի ներսում: Դա տեղի է ունենում ջերմաստիճանի փոփոխության պատճառով, ինչը հաստատվում է Ջոուլի փորձերով։

Միատոմ գազի ներքին էներգիան հաշվարկելու համար օգտագործեք հավասարումը.

Որտեղ, կախված ջերմաստիճանի փոփոխությունից, ներքին էներգիան կփոխվի (ջերմաստիճանի բարձրացման հետ ավելանում է, իսկ ջերմաստիճանի նվազմամբ նվազում է): Ներքին էներգիան վիճակի ֆունկցիա է։

Ցանկացած մարմնի ներքին էներգիան կապված է նյութի մասնիկների (մոլեկուլների, ատոմների) շարժման և վիճակի հետ։ Եթե ​​հայտնի է մարմնի ընդհանուր էներգիան, ապա ներքին էներգիան կարելի է գտնել՝ բացառելով ամբողջ մարմնի՝ որպես մակրոսկոպիկ օբյեկտի ընդհանուր շարժումից, ինչպես նաև այս մարմնի հետ փոխազդեցության էներգիան։ պոտենցիալ ոլորտներ.

Նաև ներքին էներգիան պարունակում է մոլեկուլների թրթռման էներգիա և միջմոլեկուլային փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիա։ Եթե այն գալիս էիդեալական գազի մասին կինետիկ բաղադրիչը հիմնական ներդրումն է ունենում ներքին էներգիայի մեջ։ Ընդհանուր ներքին էներգիան հավասար է առանձին մասնիկների էներգիաների գումարին։

Ինչպես գիտեք, նյութական կետի թարգմանական շարժման կինետիկ էներգիան, որը նմանակում է նյութի մասնիկը, մեծապես կախված է նրա շարժման արագությունից: Հարկ է նաև նշել, որ թրթռումային և պտտվող շարժումների էներգիան կախված է դրանց ինտենսիվությունից։

Հիշեք մոլեկուլային ֆիզիկայի դասընթացից իդեալական միատոմ գազի ներքին էներգիայի բանաձևը: Այն արտահայտվում է գազի բոլոր մասնիկների կինետիկ բաղադրիչների գումարով, որը կարելի է միջինացնել։ Բոլոր մասնիկների նկատմամբ միջինացումը հանգեցնում է ներքին էներգիայի բացահայտ կախվածության մարմնի ջերմաստիճանից, ինչպես նաև մասնիկների ազատության աստիճանների քանակից:

Մասնավորապես, միատոմային իդեալական գազի համար, որի մասնիկներն ունեն միայն երեք աստիճանի թարգմանական շարժման ազատություն, պարզվում է, որ ներքին էներգիան ուղիղ համեմատական ​​է Բոլցմանի հաստատունի և ջերմաստիճանի արտադրյալի երրորդ եռապատիկին:

Ջերմաստիճանից կախված

Այսպիսով, մարմնի ներքին էներգիան իրականում արտացոլում է մասնիկների շարժման կինետիկ էներգիան: Հասկանալու համար, թե ինչ կապ ունի տվյալ էներգիան ջերմաստիճանի հետ, անհրաժեշտ է որոշել ջերմաստիճանի արժեքի ֆիզիկական նշանակությունը։ Եթե ​​տաքացնեք գազով լցված և շարժական պատեր ունեցող անոթը, ապա դրա ծավալը կավելանա։ Սա խոսում է այն մասին, որ ճնշումը ներսում մեծացել է։ Գազի ճնշումն առաջանում է նավի պատերի վրա մասնիկների ազդեցությամբ։

Երբ ճնշումը մեծացել է, նշանակում է, որ հարվածի ուժը նույնպես մեծացել է, ինչը վկայում է մոլեկուլների շարժման արագության բարձրացման մասին։ Այսպիսով, գազի ջերմաստիճանի բարձրացումը հանգեցրեց մոլեկուլների շարժման արագության ավելացմանը։ Սա է ջերմաստիճանի արժեքի էությունը: Այժմ պարզ է դառնում, որ ջերմաստիճանի բարձրացումը, որը հանգեցնում է մասնիկների շարժման արագության բարձրացմանը, ենթադրում է ներմոլեկուլային շարժման կինետիկ էներգիայի ավելացում և, հետևաբար, ներքին էներգիայի աճ: