§1. ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ. ТЕМПЕРАТУРА.
В окружающем нас мире происходят различные физические явления, которые связаны с нагреванием и охлаждением тел. Мы знаем, что при нагревании холодная вода становится теплой, а затем горячей. Такими словами, как «холодный», «теплый» и «горячий» мы указываем на различную степень нагретости тел, или, как говорят в физике, на различную температуру тел. Температура горячей воды выше, чем холодной. Температура воды летом выше, чем зимой.
Температура — физическая величина, характеризующая тепловое состояние тел.
В окружающем нас мире происходят различные явления, связанные с нагреванием и охлаждением тел. Их называют тепловыми явлениями. Так, при нагревании холодная вода сначала становится теплой, а затем горячей; вынутая из пламени металлическая деталь постепенно охлаждается и т. д. Степень нагретости тела, или его тепловое состояние, мы обозначаем словами «теплый», «холодный», «горячий», Для количественной оценки этого состояния и служит температура.
Температуру тел измеряют с помощью термометра и выражают в градусах Цельсия (º С).
Вам уже известно что диффузия при более высокой температуре происходит быстрее, это означает. что скорость движения молекул и температура связаны между собой. Это означает, что скорость движения молекул зависит от температуры. При повышении скорость молекул увеличивается, при понижении — уменьшается.
Следовательно, температура тела зависит от скорости движения молекул.
Теплая вода состоит из таких же молекул, что и холодная. Разница между ними состоит лишь в скорости движения молекул.
Явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел, с изменением температуры, называются тепловыми. К таким явлениям относятся, например, нагревание и охлаждение воздуха, воды, таяние льда, плавление металлов и др.
Рис. 1. Траектории движения микрочастиц краски, растворенной в воде.
Молекулы или атомы, из которых состоят тела, находятся в непрерывном, беспорядочном движении. Их количество в окружающих нас телах очень велико. Так, в объеме, равном 1 см³ воды, содержится 3,34*10²² молекул. Каждая молекула движется по очень сложной траектории. Это связано с тем, что, например, частицы газа, движущиеся с большими скоростями, в разных направлениях, сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда, в котором находится газ. В результате этого они меняют свою скорость и снова продолжают движение. На рис. 1 изображены траектории движения микроскопических частиц краски, растворенной в воде.
Поскольку со скоростью движения молекул тела связана его температура, беспорядочное движение частиц называют тепловым движением.
В жидкостях молекулы могут колебаться, вращаться и перемещаться относительно друг друга.
В твердых телах молекулы и атомы колеблются около некоторых средних положений.
В тепловом движении участвуют все молекулы тела, поэтому с изменением характера теплового движения изменяется и состояние тела, его свойства. Так при повышении температуры, лед начинает таять, превращаясь в жидкость. Если понижать температуру, например, ртути, то она из жидкости превращается в твердое тело.
Температура тела находится в тесной связи со средней кинетической энергией молекул. Чем выше температура тела, тем больше средняя кинетическая энергия его молекул. При понижении температуры тела средняя энергия его молекул уменьшается.
ВОПРОСЫ:
- Какие тепловые явления вы знаете?
- Что характеризует температура?
- Как связана температура тела со скоростью движения его молекул?
- Чем отличается движение молекул в газах жидкостях и твердых телах?
§2. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ.
При изучении физики рассматриваются механические, тепловые, световые, электрические и другие явления. С некоторыми механическими мы уже познакомились. Известно также, что существуют два вида механической энергии, кинетическая и потенциальная.
Всякое движущееся тело обладает кинетической энергией. Так, например, кинетической энергией обладают летящая птица. движущийся самолет, мяч, текущая вода. Кинетическая энергия тела зависит от его массы и скорости движения тела.
…
Кинетическая энергия всех молекул, из которых состоит тело, и потенциальная энергия их взаимодействия, составляют внутреннюю энергию тела.
КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ (По Кабардину). (Кратко 10-й класс)
Теплообмен. Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называется теплообменом, или теплопередачей.
Теплообмен происходит между телами, имеющими разную температуру. При установлении контакта между телами с различной температурой в результате взаимодействия атомов или молекул на границе соприкосновении тел происходит передача части внутренней энергии от тела с более высокой температурой к телу у которого температура ниже.
Энергия, переданная телу в результате теплообмена (теплопередачи), называется количеством теплоты.
Удельная теплоемкость. Если процесс теплопередачи не сопровождается работой (А=0), то на основании первого закона термодинамики, количество теплоты Q равно изменению внутренней энергии тела ΔU:
Q=ΔU. (1)
Средняя энергия беспорядочного движения молекул пропорциональна абсолютной температуре (В градусах Кельвина). Изменение внутренней энергии тела равно алгебраической сумме изменений энергии всех атомов или молекул. Число атомов или молекул пропорционально массе тела, поэтому изменение внутренней энергии ΔU тела и , следовательно, количество теплоты Q пропорционально его массе m и изменению температуры ΔТ:
Q=ΔU=cmΔT. (2)
Коэффициент пропорциональности в уравнении (2), называется удельной теплоёмкостью вещества.
Единица удельной теплоемкости —
Удельная теплоёмкость показывает, какое количество теплоты необходимо необходимо дл нагревания 1 кг вещества на 1 °К.
(Измеряется количество теплоты в джоулях (1 Дж), как и всякий вид энергии. Однако, величину эту ввели не так давно, а измерять количество теплоты люди начали намного раньше. И пользовались они единицей, которая широко используется и в наше время – калория (1 кал). 1 калория – это такое количество теплоты, которое потребуется для нагреванияь 1 грамма воды на 1 градус Цельсия).
Удельная теплоемкость вещества не является его однозначной характеристикой. В зависимости от условий при которых осуществляется теплопередача, а именно, от значения работы А, сопровождающей этот процесс, одинаковое количество теплоты, переданное телу, может вызвать различные изменения его внутренней энергии и, следовательно, температуры. В таблицах обычно приводятся данные σ удельной теплоёмкости при условии постоянного объёма тела, т.е. при условии равенства нулю работы внешних сил.
Уравнения теплового баланса.
При осуществлении процесса теплообмена между двумя телами, в условиях равенства нулю работы внешних сил и в тепловой изоляции от других тел согласно закону сохранения энергии алгебраическая сумма изменений внутренней энергии тел равна нулю:
Если изменения внутренней энергии тел происходят только в результате теплообмена, то на основании первого закона термодинамики можно записать:
И .
Отсюда:
или
. (3)
Уравнение 3 называется уравнением теплового баланса.
Итак, кроме механической энергии существует еще один вид энергии. Это внутренняя энергия тела.
Внутренняя энергия зависит от температуры тела, агрегатного состояния вещества, и других факторов. (Более подробно будет изучено в 10-м классе).
Вопросы:
1.Какие превращения энергии происходят при подъёме шара и его падении?
2. Как изменяется состояние свинцового шара и свинцовой плиты в результате их соударения?
3.Какую энергию называют внутренней энергией тела?
4.Зависит ли внутренняя энергия тела от его движения?
(Кабардин)
https://yadi.sk/i/TxsIgbZiaxIetg
https://yadi.sk/i/8aTY_7JU1SP9_w
https://yadi.sk/i/4KLKXYel6HMh-A