Nakikita mo ang isang rocket na umaalis. Ginagawa niya ang trabaho - binuhat niya ang mga astronaut at ang kargada. Ang kinetic energy ng rocket ay tumataas, dahil habang ito ay tumataas, ang rocket ay nakakakuha ng mas mataas na bilis. Ang potensyal na enerhiya ng rocket ay tumataas din, habang ito ay tumataas at mas mataas sa ibabaw ng Earth. Samakatuwid, ang kabuuan ng mga enerhiya na ito, iyon ay tumataas din ang mekanikal na enerhiya ng rocket.

Naaalala natin na kapag gumagana ang katawan, bumababa ang enerhiya nito. Gayunpaman, gumagana ang rocket, ngunit ang enerhiya nito ay hindi bumababa, ngunit tumataas! Ano ang solusyon sa kontradiksyon? Lumalabas na bukod sa mekanikal na enerhiya, mayroong isa pang uri ng enerhiya - panloob na enerhiya. Ito ay dahil sa pagbaba ng panloob na enerhiya ng nasusunog na gasolina na ginagawa ng rocket gawaing mekanikal at, bukod dito, pinapataas nito ang mekanikal na enerhiya nito.

Hindi lang nasusunog, ngunit din mainit Ang mga katawan ay may panloob na enerhiya na madaling ma-convert sa mekanikal na gawain. Gumawa tayo ng isang eksperimento. Pinainit namin ang isang timbang sa tubig na kumukulo at inilalagay ito sa isang kahon ng lata na nakakabit sa isang pressure gauge. Habang umiinit ang hangin sa kahon, magsisimulang gumalaw ang likido sa manometer (tingnan ang figure).

Ang lumalawak na hangin ay gumagana sa likido. Anong uri ng enerhiya ang nangyayari? Siyempre, dahil sa panloob na enerhiya ng timbang. Samakatuwid, sa karanasang ito ay ating napagmamasdan pagbabago ng panloob na enerhiya ng katawan sa gawaing mekanikal. Tandaan na ang mekanikal na enerhiya ng bigat sa eksperimentong ito ay hindi nagbabago - ito ay palaging katumbas ng zero.

Kaya, panloob na enerhiya- ito ay tulad ng isang enerhiya ng isang katawan, dahil sa kung saan ang mekanikal na trabaho ay maaaring maisagawa, habang hindi nagiging sanhi ng pagbawas sa mekanikal na enerhiya ng katawan na ito.

Ang panloob na enerhiya ng anumang katawan ay nakasalalay sa maraming mga kadahilanan: ang uri at estado ng sangkap nito, ang masa at temperatura ng katawan, at iba pa. Ang lahat ng katawan ay nagtataglay ng panloob na enerhiya: malaki at maliit, mainit at malamig, solid, likido at gas.

Ang pinakamadaling para sa mga pangangailangan ng isang tao ay maaaring gamitin ang panloob na enerhiya lamang, sa makasagisag na pagsasalita, mainit at nasusunog na mga sangkap at katawan. Ito ay langis, gas, karbon, geothermal spring malapit sa mga bulkan, at iba pa. Bilang karagdagan, noong ika-20 siglo, natutunan ng tao na gamitin ang panloob na enerhiya ng tinatawag na radioactive substance. Ito ay, halimbawa, uranium, plutonium at iba pa.

Tingnan ang kanang bahagi ng diagram. Sa popular na literatura, madalas na binabanggit ang thermal, chemical, electrical, atomic (nuclear) at iba pang uri ng enerhiya. Ang lahat ng mga ito, bilang isang panuntunan, ay mga uri ng panloob na enerhiya, dahil dahil sa kanila ang gawaing mekanikal ay maaaring maisagawa nang hindi nagiging sanhi ng pagkawala ng mekanikal na enerhiya. Isasaalang-alang namin ang konsepto ng panloob na enerhiya nang mas detalyado sa karagdagang pag-aaral ng pisika.

Kung magbomba ka sa isang makapal na pader na garapon na sarado na may tapon, ang ilalim nito ay natatakpan ng tubig, pagkatapos ng ilang sandali ang tapon mula sa garapon ay lilipad at ang fog ay bubuo sa garapon. Ang tapon ay lumipad mula sa lata, dahil ang hangin na naroroon ay kumilos dito nang may isang tiyak na puwersa. Ang hangin nang lumipad ang plug ay gumana. Nabatid na ang katawan ay maaaring gumawa ng trabaho kung ito ay may enerhiya. Dahil dito, may enerhiya ang hangin sa lata.

Nang gumana ang hangin, bumaba ang temperatura nito, nagbago ang estado nito. Kasabay nito, ang mekanikal na enerhiya ng hangin ay hindi nagbago: ni ang bilis nito o ang posisyon nito na may kaugnayan sa Earth ay hindi nagbago. Dahil dito, ang gawain ay natapos hindi sa gastos ng mekanikal, ngunit sa gastos ng iba pang enerhiya. Ang enerhiya na ito ay ang panloob na enerhiya ng hangin sa garapon.

Panloob na enerhiya katawan ang kabuuan kinetic energy ang paggalaw ng mga molekula nito at ang potensyal na enerhiya ng kanilang pakikipag-ugnayan. Kinetic energy ( Ek) ang mga molekula ay nagtataglay, dahil sila ay gumagalaw, at potensyal na enerhiya ( Ep) habang sila ay nakikipag-ugnayan. Ang panloob na enerhiya ay tinutukoy ng liham U... Ang yunit ng panloob na enerhiya ay 1 joule (1 J). U = Eк + En.

Mga paraan upang baguhin ang panloob na enerhiya

Kung mas malaki ang bilis ng paggalaw ng mga molekula, mas mataas ang temperatura ng katawan, samakatuwid, ang panloob na enerhiya depende sa temperatura ng katawan ... Upang ilipat ang isang sangkap mula sa isang solidong estado patungo sa isang likidong estado, halimbawa, upang gawing tubig ang yelo, kailangan mong magbigay ng enerhiya dito. Dahil dito, ang tubig ay magkakaroon ng mas maraming panloob na enerhiya kaysa sa yelo ng parehong masa, at, samakatuwid, panloob na enerhiya depende sa estado ng pagsasama-sama ng katawan .

Ang panloob na enerhiya ay maaaring mabago kapag gumagawa ng trabaho ... Kung tinamaan mo ng martilyo ang isang piraso ng tingga nang maraming beses, pagkatapos ay kahit sa pamamagitan ng pagpindot, masasabi mong uminit ang piraso ng tingga. Dahil dito, ang panloob na enerhiya nito, pati na rin ang panloob na enerhiya ng martilyo, ay tumaas. Nangyari ito dahil ang isang piraso ng tingga ay ginagawa.

Kung ang katawan ang gumagawa ng gawain mismo, ang panloob na enerhiya nito ay bumababa, at kung ang trabaho ay ginawa dito, ang panloob na enerhiya ay tumataas.

Kung ang mainit na tubig ay ibinuhos sa isang baso ng malamig na tubig, ang temperatura ng mainit na tubig ay bababa, at ang temperatura ng malamig na tubig ay tataas. Sa halimbawang isinasaalang-alang, ang gawaing mekanikal ay hindi ginaganap, ang panloob na enerhiya ng mga katawan ay nagbabago sa pamamagitan ng paglipat ng init, bilang ebidensya ng pagbaba sa temperatura nito.

Ang mga molekula ng mainit na tubig ay may mas maraming kinetic energy kaysa sa mga molekula ng malamig na tubig. Ang enerhiyang ito ng mga molekula ng mainit na tubig ay inililipat sa mga molekula ng malamig na tubig sa mga banggaan, at tumataas ang kinetic energy ng mga molekula ng malamig na tubig. Sa kasong ito, bumababa ang kinetic energy ng mga molekula ng mainit na tubig.

Paglipat ng init Ay isang paraan ng pagbabago ng panloob na enerhiya ng katawan kapag naglilipat ng enerhiya mula sa isang bahagi ng katawan patungo sa isa pa o mula sa isang katawan patungo sa isa pa nang hindi gumagawa ng trabaho.

Panloob na enerhiya ay ang enerhiya ng paggalaw at pakikipag-ugnayan ng mga molekula.

Ang kinetic energy ng lahat ng molekula na bumubuo sa katawan, at ang potensyal na enerhiya ng kanilang pakikipag-ugnayan ay panloob na enerhiya ng katawan.

Kapag huminto ang katawan, humihinto ang mekanikal na paggalaw, ngunit tumataas ang random (thermal) na paggalaw ng mga molekula nito. Mekanikal na enerhiya nagiging panloob na enerhiya ng katawan

Panloob na enerhiyadepende sa temperatura ng katawan, estado ng pagsasama-sama at iba pang mga kadahilanan.

Ang panloob na enerhiya ng isang katawan ay hindi nakasalalay alinman sa mekanikal na paggalaw ng katawan, o sa posisyon ng katawan na ito na may kaugnayan sa iba pang mga katawan.

Kung isasaalang-alang natin ang kinetic at potensyal na enerhiya isang molekula, kung gayon ito ay isang napakaliit na halaga, dahil ang masa ng molekula ay maliit. Dahil ang katawan ay naglalaman ng maraming mga molekula, ang panloob na enerhiya ng katawan, na katumbas ng kabuuan ng mga enerhiya ng lahat ng mga molekula, ay magiging mahusay.

Mga paraan upang baguhin ang panloob na enerhiya

Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang panloob na enerhiya ng isang katawan, dahil ang average na bilis ng paggalaw ng mga molekula ng katawan na ito ay tumataas. Sa kabaligtaran, sa pagbaba ng temperatura, ang panloob na enerhiya ng katawan ay bumababa.

karanasan: kung iniinitan mo ang isang bote na may takip na goma, ang tapon ay lilipad pagkatapos ng ilang sandali.

Kaya, ang panloob na enerhiya ng isang katawan ay nagbabago sa isang pagbabago sa bilis ng paggalaw ng mga molekula.

Ang panloob na enerhiya ay maaaring mabago sa dalawang paraan:

1) paggawa ng mekanikal na gawain. Ang panloob na enerhiya ay tumataas kung ang trabaho ay ginawa sa katawan, at bumababa kung ang katawan ay gumagana.

2) sa pamamagitan ng heat transfer (heat conduction, convection, radiation). Kung ang katawan ay nagbibigay ng init, pagkatapos ay ang panloob na enerhiya ay bumababa, at kung ito ay tumatanggap ng init, pagkatapos ito ay tumataas.

Mga uri ng paglipat ng init. Mga eksperimento na naglalarawan ng mga uri ng paglipat ng init. Ang paglipat ng init sa kalikasan, teknolohiya, mekanika.

Paglipat ng init (heat transfer)- Ito ay isang proseso ng pagbabago ng panloob na enerhiya na nangyayari nang hindi gumagawa ng trabaho.

1)

Thermal conductivity - isang uri ng paglipat ng init, kung saan ang enerhiya ay inililipat mula sa isang katawan patungo sa isa pa kapag nadikit o mula sa isang bahagi nito patungo sa isa pa. Ang iba't ibang mga sangkap ay may iba't ibang thermal conductivity. Ang thermal conductivity ay mataas para sa mga metal, mas mababa para sa mga likido, at mababa para sa mga gas. Sa thermal conductivity, walang paglipat ng bagay.

2) Kombeksyon- ang uri ng paglipat ng init, kung saan ang enerhiya ay inililipat ng mga jet ng gas at likido. Mayroong dalawang uri ng convection: natural at sapilitang. Walang convection sa solids, dahil ang kanilang mga particle ay walang mahusay na kadaliang kumilos. Maraming mga pagpapakita ng convection ang matatagpuan sa kalikasan at buhay ng tao. Ginagamit din ang convection sa engineering.

3) Radiation - isang uri ng paglipat ng init kung saan dinadala ang enerhiya ng mga electromagnetic wave. Ang mga katawan na may madilim na ibabaw ay sumisipsip at naglalabas ng enerhiya na mas mahusay kaysa sa mga katawan na may maliwanag na ibabaw. Ito ay ginagamit sa pagsasanay.

* Sa panahon ng pagpapalitan ng init, ang halaga ng init na inihatid ay katumbas ng modulus sa dami ng init na natanggap, o ang kanilang kabuuan ay katumbas ng zero. Ito ay tinatawag na antas ng balanse ng init.

Ang lahat ng macroscopic na katawan sa paligid natin ay may mga particle: mga atom o molekula. Sa patuloy na paggalaw, sabay-sabay silang nagtataglay ng dalawang uri ng enerhiya: kinetic at potensyal at bumubuo ng panloob na enerhiya ng katawan:

U = ∑ Е k + ∑ Е p

Kasama rin sa konseptong ito ang enerhiya ng pakikipag-ugnayan sa bawat isa ng mga electron, proton, neutron.

Posible bang baguhin ang panloob na enerhiya

Mayroong 3 paraan upang baguhin ito:

• dahil sa proseso ng paglipat ng init;
• sa pamamagitan ng pagsasagawa ng mekanikal na gawain;
• sa pamamagitan ng pagsasagawa ng mga reaksiyong kemikal.

Isaalang-alang natin ang lahat ng mga pagpipilian nang mas detalyado.

Kung ang gawain ay ginagawa ng katawan mismo, ang panloob na enerhiya nito ay magsisimulang bumaba, at kapag ang trabaho ay ginawa sa katawan, ang panloob na enerhiya nito ay tataas.

Ang pinakasimpleng mga halimbawa ng pagtaas ng enerhiya ay ang mga kaso ng paggawa ng apoy sa pamamagitan ng friction:

• gamit ang tinder;
• gamit ang isang flint;
• gamit ang posporo.

Ang mga thermal na proseso na nauugnay sa mga pagbabago sa temperatura ay sinamahan din ng mga pagbabago sa panloob na enerhiya. Kung pinainit mo ang isang katawan, tataas ang enerhiya nito.

Ang resulta ng mga reaksiyong kemikal ay ang pagbabago ng mga sangkap na naiiba sa bawat isa sa istraktura at komposisyon. Halimbawa, sa proseso ng pagkasunog ng gasolina, pagkatapos pagsamahin ang hydrogen sa oxygen, nabuo ang carbon monoxide. Kapag ang hydrochloric acid ay pinagsama sa zinc, ang hydrogen ay ilalabas, at bilang resulta ng pagkasunog ng hydrogen, ang singaw ng tubig ay ilalabas.

Ang panloob na enerhiya ng katawan ay magbabago din dahil sa paglipat ng mga electron mula sa isang shell ng elektron patungo sa isa pa.

Enerhiya ng mga katawan - pagtitiwala at mga katangian

Ang panloob na enerhiya ay isang katangian ng thermal state ng katawan. Depende ito sa:

• estado ng pagsasama-sama, at mga pagbabago sa panahon ng pagkulo at pagsingaw, crystallization o condensation, pagkatunaw o sublimation;
• timbang ng katawan;
• temperatura ng katawan, na nagpapakilala sa kinetic energy ng mga particle;
• uri ng sangkap.

Panloob na enerhiya ng isang monatomic ideal na gas

Ang enerhiya na ito, sa isip, ay binubuo ng mga kinetic energies ng bawat particle, na gumagalaw nang random at tuluy-tuloy, at ang potensyal na enerhiya ng kanilang pakikipag-ugnayan sa loob ng isang partikular na katawan. Nangyayari ito dahil sa pagbabago sa temperatura, na kinumpirma ng mga eksperimento ni Joule.

Upang kalkulahin ang panloob na enerhiya ng isang monatomic gas, gamitin ang equation:

Kung saan, depende sa pagbabago ng temperatura, ang panloob na enerhiya ay magbabago (tataas sa pagtaas ng temperatura, at bababa sa pagbaba ng temperatura). Ang panloob na enerhiya ay isang function ng estado.

Ang panloob na enerhiya ng anumang katawan ay nauugnay sa paggalaw at estado ng mga particle (mga molekula, atomo) ng isang sangkap. Kung ang kabuuang enerhiya ng katawan ay kilala, kung gayon ang panloob na enerhiya ay matatagpuan sa pamamagitan ng pagbubukod mula sa kabuuang paggalaw ng buong katawan bilang isang macroscopic na bagay, pati na rin ang enerhiya ng pakikipag-ugnayan ng katawan na ito sa mga potensyal na larangan.

Gayundin, ang panloob na enerhiya ay naglalaman ng enerhiya ng panginginig ng boses ng mga molekula at ang potensyal na enerhiya ng intermolecular na pakikipag-ugnayan. Kung ito ay dumating tungkol sa isang perpektong gas, ang kinetic component ay gumagawa ng pangunahing kontribusyon sa panloob na enerhiya. Ang kabuuang panloob na enerhiya ay katumbas ng kabuuan ng mga enerhiya ng mga indibidwal na particle.

Tulad ng alam mo, ang kinetic energy ng translational motion ng isang materyal na punto, na gayahin ang isang particle ng matter, ay lubos na nakasalalay sa bilis ng paggalaw nito. Nararapat din na tandaan na ang enerhiya ng vibrational at rotational na paggalaw ay nakasalalay sa kanilang intensity.

Alalahanin mula sa kurso ng molecular physics ang formula para sa panloob na enerhiya ng isang perpektong monatomic gas. Ito ay ipinahayag sa mga tuntunin ng kabuuan ng mga kinetic na bahagi ng lahat ng mga particle ng gas, na maaaring i-average. Ang pag-average sa lahat ng mga particle ay humahantong sa isang tahasang pag-asa ng panloob na enerhiya sa temperatura ng katawan, pati na rin sa bilang ng mga antas ng kalayaan ng mga particle.

Sa partikular, para sa isang monatomic ideal na gas, ang mga particle na mayroon lamang tatlong degree ng kalayaan ng translational motion, ang panloob na enerhiya ay lumalabas na direktang proporsyonal sa tatlong segundo ng produkto ng Boltzmann constant at temperatura.

Depende sa temperatura

Kaya, ang panloob na enerhiya ng katawan ay aktwal na sumasalamin sa kinetic energy ng paggalaw ng butil. Upang maunawaan kung ano ang kaugnayan ng isang naibigay na enerhiya sa temperatura, kinakailangan upang matukoy ang pisikal na kahulugan ng halaga ng temperatura. Kung pinainit mo ang isang sisidlan na puno ng gas at may mga palipat-lipat na pader, tataas ang volume nito. Ito ay nagpapahiwatig na ang presyon sa loob ay tumaas. Ang presyon ng gas ay nilikha sa pamamagitan ng epekto ng mga particle sa mga dingding ng sisidlan.

Sa sandaling tumaas ang presyon, nangangahulugan ito na tumaas din ang puwersa ng epekto, na nagpapahiwatig ng pagtaas sa bilis ng paggalaw ng mga molekula. Kaya, ang isang pagtaas sa temperatura ng gas ay humantong sa isang pagtaas sa bilis ng paggalaw ng mga molekula. Ito ang kakanyahan ng halaga ng temperatura. Ngayon ay nagiging malinaw na ang isang pagtaas sa temperatura, na humahantong sa isang pagtaas sa bilis ng paggalaw ng mga particle, ay nangangailangan ng pagtaas sa kinetic energy ng intramolecular motion, at samakatuwid ay isang pagtaas sa panloob na enerhiya.