როგორ იცვლება სისტემის შიდა ენერგია პროცესის დროს? ს.ა.

ბავშვებში სიცხის დამწევ საშუალებებს პედიატრი დანიშნავს. მაგრამ არის გადაუდებელი სიტუაციები ცხელებით, როდესაც ბავშვს სასწრაფოდ სჭირდება წამლის მიცემა. შემდეგ მშობლები იღებენ პასუხისმგებლობას და იყენებენ სიცხის დამწევ საშუალებებს.

რისი მიცემაა ნებადართული ჩვილებისთვის? როგორ შეგიძლიათ შეამციროთ ტემპერატურა უფროს ბავშვებში? რომელი მედიკამენტებია ყველაზე უსაფრთხო?

MKT-ის მიხედვით, ყველა ნივთიერება შედგება ნაწილაკებისგან, რომლებიც უწყვეტ თერმულ მოძრაობაში არიან და ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. ამიტომ, მაშინაც კი, თუ სხეული უმოძრაოა და აქვს ნულოვანი პოტენციური ენერგია, მას აქვს ენერგია (შინაგანი ენერგია), რომელიც არის სხეულის შემადგენელი მიკრონაწილაკების მოძრაობისა და ურთიერთქმედების მთლიანი ენერგია. შიდა ენერგია მოიცავს:
მოლეკულების მთარგმნელობითი, ბრუნვითი და ვიბრაციული მოძრაობის კინეტიკური ენერგია;
ატომებისა და მოლეკულების ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია;

ინტრაატომური და ინტრაბირთვული ენერგია.

თერმოდინამიკაში განიხილება პროცესები იმ ტემპერატურაზე, რომლებშიც მოლეკულებში ატომების ვიბრაციული მოძრაობა არ არის აღგზნებული, ე.ი. არაუმეტეს 1000 K ტემპერატურაზე. ამ პროცესებში იცვლება შიდა ენერგიის მხოლოდ პირველი ორი კომპონენტი. ამიტომაც ქვეშშინაგანი ენერგია თერმოდინამიკაში ჩვენ გვესმის ჯამიკინეტიკური ენერგია

სხეულის ყველა მოლეკულა და ატომ და მათი ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია.შინაგანი ენერგია სხეული განსაზღვრავს მის თერმულ მდგომარეობას და იცვლება ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლისას. მოცემულ მდგომარეობაში სხეულს აქვს სრულიად განსაზღვრული შინაგანი ენერგია, დამოუკიდებელი პროცესისგან, რომლითაც იგი გადავიდა ამ მდგომარეობაში. ამიტომ, შინაგან ენერგიას ხშირად უწოდებენ.

სხეულის მდგომარეობის ფუნქცია

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T,\) სადმე სად- თავისუფლების ხარისხი. ერთატომური გაზისთვის (მაგ. კეთილშობილი გაზები) სად = 5.

= 3, დიათომისთვის - ამ ფორმულებიდან ირკვევა, რომ იდეალური გაზის შიდა ენერგიადამოკიდებულია მხოლოდ ტემპერატურაზე და მოლეკულების რაოდენობაზე

\(~\Delta U = U_2 - U_1 = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac(m)(M) \cdot R \cdot \Delta T ,\)

სადაც Δ თ = თ 2 - თ 1 .

რეალური აირების მოლეკულები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან და შესაბამისად აქვთ პოტენციური ენერგია ვ p, რომელიც დამოკიდებულია მოლეკულებს შორის მანძილზე და, შესაბამისად, გაზის მიერ დაკავებულ მოცულობაზე. ამრიგად, რეალური გაზის შიდა ენერგია დამოკიდებულია მის ტემპერატურაზე, მოცულობასა და მოლეკულურ სტრუქტურაზე.

*ფორმულის წარმოშობა

მოლეკულის საშუალო კინეტიკური ენერგია \(~\left\langle W_k \right\rangle = \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T\).

აირში მოლეკულების რაოდენობაა \(~N = \dfrac (m)(M) \cdot N_A\).

ამრიგად, იდეალური გაზის შიდა ენერგია არის

\(~U = N \cdot \left\langle W_k \მარჯვნივ\Rangle = \dfrac (m)(M) \cdot N_A \cdot \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T .\)

იმის გათვალისწინებით, რომ k⋅N A= რარის უნივერსალური გაზის მუდმივი, გვაქვს

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T\) - იდეალური აირის შიდა ენერგია.

შინაგანი ენერგიის ცვლილება

პრაქტიკული პრობლემების გადასაჭრელად მნიშვნელოვან როლს ასრულებს არა თავად შინაგანი ენერგია, არამედ მისი ცვლილება Δ უ = უ 2 - უ 1. შიდა ენერგიის ცვლილება გამოითვლება ენერგიის შენარჩუნების კანონების საფუძველზე.

სხეულის შინაგანი ენერგია შეიძლება შეიცვალოს ორი გზით:

ჩადენისას მექანიკური მუშაობა.
ა) თუ გარე ძალა იწვევს სხეულის დეფორმაციას, მაშინ იცვლება მანძილი ნაწილაკებს შორის, რომელთაგანაც იგი შედგება და შესაბამისად იცვლება ნაწილაკების ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია. არაელასტიური დეფორმაციების დროს, გარდა ამისა, იცვლება სხეულის ტემპერატურა, ე.ი. იცვლება ნაწილაკების თერმული მოძრაობის კინეტიკური ენერგია. მაგრამ როდესაც სხეული დეფორმირებულია, კეთდება მუშაობა, რაც არის სხეულის შინაგანი ენერგიის ცვლილების საზომი. ბ) სხეულის შინაგანი ენერგიაც იცვლება სხვა სხეულთან მისი არაელასტიური შეჯახებისას. როგორც ადრე ვნახეთ, სხეულების არაელასტიური შეჯახების დროს მათი კინეტიკური ენერგია მცირდება, ის გადაიქცევა შინაგან ენერგიად (მაგალითად, თუ კოჭზე დაყრილ მავთულს ჩაქუჩით რამდენჯერმე დაარტყამთ, მავთული გაცხელდება). სხეულის კინეტიკური ენერგიის ცვლილების საზომი კინეტიკური ენერგიის თეორემის მიხედვით არის მოქმედი ძალების მუშაობა. ეს ნამუშევარი ასევე შეიძლება გახდეს შინაგანი ენერგიის ცვლილებების საზომი.. მაგალითად, თუ სხეული მოთავსებულია საწვავის ცეცხლში, მისი ტემპერატურა შეიცვლება, შესაბამისად, შეიცვლება მისი შინაგანი ენერგიაც. თუმცა აქ არანაირი სამუშაო არ გაკეთებულა, რადგან არც სხეულისა და არც მისი ნაწილების თვალსაჩინო მოძრაობა არ იყო.

სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება სამუშაოს შესრულების გარეშე ეწოდება სითბოს გაცვლა(სითბოს გადაცემა).

სითბოს გადაცემის სამი ტიპი არსებობს: გამტარობა, კონვექცია და გამოსხივება.

ა) თბოგამტარობაარის სხეულებს (ან სხეულის ნაწილებს) შორის სითბოს გაცვლის პროცესი მათი უშუალო კონტაქტის დროს, გამოწვეული სხეულის ნაწილაკების თერმული ქაოტური მოძრაობით. რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით მეტია მყარი სხეულის მოლეკულების ვიბრაციის ამპლიტუდა. აირების თბოგამტარობა განპირობებულია გაზის მოლეკულებს შორის ენერგიის გაცვლით მათი შეჯახების დროს. სითხეების შემთხვევაში ორივე მექანიზმი მუშაობს. ნივთიერების თერმული კონდუქტომეტრი მყარ მდგომარეობაში მაქსიმალურია და მინიმალური აირის მდგომარეობაში.

ბ) კონვექციაწარმოადგენს სითბოს გადაცემას სითხის ან აირის გაცხელებული ნაკადებით მოცულობის ზოგიერთი უბნიდან სხვებზე.

გ) თბოგაცვლა ზე რადიაციაგანხორციელდა მანძილზე ელექტრომაგნიტური ტალღების საშუალებით.

მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ შინაგანი ენერგიის შეცვლის გზები.

მექანიკური მუშაობა

თერმოდინამიკური პროცესების განხილვისას, მთლიანობაში მაკროსხეულების მექანიკური მოძრაობა არ არის გათვალისწინებული. აქ მუშაობის კონცეფცია დაკავშირებულია სხეულის მოცულობის ცვლილებასთან, ე.ი. მაკროსხეულის ნაწილების მოძრაობა ერთმანეთთან შედარებით. ეს პროცესი იწვევს ნაწილაკებს შორის მანძილის ცვლილებას და ასევე ხშირად მათი მოძრაობის სიჩქარის ცვლილებას, შესაბამისად, სხეულის შინაგანი ენერგიის ცვლილებას.

იზობარული პროცესი

ჯერ განვიხილოთ იზობარული პროცესი. ტემპერატურაზე მოძრავი დგუშით ცილინდრში იყოს გაზი თ 1 (ნახ. 1).

ჩვენ ნელ-ნელა გავაცხელებთ გაზს ტემპერატურამდე თ 2. გაზი გაფართოვდება იზობარულად და დგუში გადაადგილდება პოზიციიდან 1 თანამდებობაზე 2 მანძილი Δ ლ. გაზის წნევის ძალა იმოქმედებს გარე სხეულებზე. იმიტომ რომ გვ= const, შემდეგ წნევის ძალა ფ = p⋅Sასევე მუდმივი. ამრიგად, ამ ძალის მუშაობა შეიძლება გამოითვალოს ფორმულის გამოყენებით

\(~A = F \cdot \Delta l = p \cdot S \cdot \Delta l = p \cdot \Delta V,\)

სადაც Δ ვ- გაზის მოცულობის ცვლილება.

თუ გაზის მოცულობა არ იცვლება (იზოქორული პროცესი), მაშინ გაზის მიერ შესრულებული სამუშაო ნულის ტოლია.

გაზი ასრულებს მუშაობას მხოლოდ მისი მოცულობის შეცვლის პროცესში.

გაფართოებისას (Δ ვ> 0) აირის, დადებითი სამუშაოა გაკეთებული ( ა> 0); შეკუმშვის დროს (Δ ვ < 0) газа совершается отрицательная работа (ა < 0).

თუ გავითვალისწინებთ გარე ძალების მუშაობას ა " (ა " = –ა), შემდეგ გაფართოებით (Δ ვ> 0) გაზი ა " < 0); при сжатии (Δვ < 0) ა " > 0.

მოდით დავწეროთ კლაპეირონ-მენდელეევის განტოლება ორი აირის მდგომარეობისთვის:

\(~p \cdot V_1 = \nu \cdot R \cdot T_1, \; \; p \cdot V_2 = \nu \cdot R \cdot T_2,\)

\(~p \cdot (V_2 - V_1) = \nu \cdot R \cdot (T_2 - T_1) .\)

ამიტომ, როცა იზობარული პროცესი

\(~A = \nu \cdot R \cdot \Delta T .\)

თუ ν = 1 მოლი, მაშინ Δ-ზე Τ = 1 K მივიღებთ ამას რრიცხობრივად თანაბარი ა.

აქედან გამომდინარეობს ფიზიკური მნიშვნელობაუნივერსალური გაზის მუდმივი: ის რიცხობრივად უდრის 1 მოლი იდეალური აირის სამუშაოს, როცა ის 1 კ-ით იზობარულად თბება.

არ არის იზობარული პროცესი

სქემაზე გვ (ვ) იზობარულ პროცესში, ნამუშევარი უდრის დაჩრდილული მართკუთხედის ფართობს სურათზე 2, ა.

თუ პროცესი არა იზობარი(ნახ. 2, ბ), შემდეგ ფუნქციის მრუდი გვ = ვ(ვ) შეიძლება წარმოდგენილი იყოს გატეხილი ხაზით, რომელიც შედგება დიდი რაოდენობითიზოკორი და იზობარი. იზოქორიულ მონაკვეთებზე მუშაობა ნულის ტოლია და ყველა იზობარიულ მონაკვეთზე მთლიანი სამუშაო ტოლი იქნება

\(~A = \lim_(\Delta V \ to 0) \sum^n_(i=1) p_i \cdot \Delta V_i\), ან \(~A = \int p(V) \cdot dV,\ )

იმათ. თანაბარი იქნება დაჩრდილული ფიგურის ფართობი.

ზე იზოთერმული პროცესი (თ= const) ნამუშევარი უდრის ნახატ 2-ში ნაჩვენები დაჩრდილული ფიგურის ფართობს, გ.

ბოლო ფორმულის გამოყენებით მუშაობის დადგენა შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ცნობილია, თუ როგორ იცვლება გაზის წნევა მისი მოცულობის ცვლილებისას, ე.ი. ფუნქციის ფორმა ცნობილია გვ = ვ(ვ).

ამრიგად, ცხადია, რომ გაზის მოცულობის იგივე ცვლილების შემთხვევაშიც კი, მუშაობა დამოკიდებული იქნება გადასვლის მეთოდზე (ანუ პროცესზე: იზოთერმული, იზობარული...) საწყისი მდგომარეობაგაზი ბოლომდე. აქედან გამომდინარე, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ

თერმოდინამიკაში მუშაობა პროცესის ფუნქციაა და არა მდგომარეობის ფუნქცია.

სითბოს რაოდენობა

როგორც ცნობილია, სხვადასხვა მექანიკური პროცესის დროს ხდება მექანიკური ენერგიის ცვლილება ვ. მექანიკური ენერგიის ცვლილების საზომია სისტემაზე გამოყენებული ძალების მუშაობა:

\(~\დელტა W = A.\)

სითბოს გაცვლის დროს ხდება სხეულის შინაგანი ენერგიის ცვლილება. სითბოს გადაცემის დროს შიდა ენერგიის ცვლილების საზომია სითბოს რაოდენობა.

სითბოს რაოდენობაარის სითბოს გადაცემის დროს შიდა ენერგიის ცვლილების საზომი.

ამრიგად, მუშაობაც და სითბოს რაოდენობაც ახასიათებს ენერგიის ცვლილებას, მაგრამ არ არის იდენტური შინაგანი ენერგიისა. ისინი არ ახასიათებენ თავად სისტემის მდგომარეობას (როგორც შინაგანი ენერგია), მაგრამ განსაზღვრავენ ენერგიის გადასვლის პროცესს ერთი ტიპიდან მეორეზე (ერთი სხეულიდან მეორეზე), როდესაც მდგომარეობა იცვლება და მნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული პროცესის ბუნებაზე.

სამუშაოსა და სითბოს შორის მთავარი განსხვავება ისაა

ნამუშევარი ახასიათებს სისტემის შიდა ენერგიის შეცვლის პროცესს, რომელსაც თან ახლავს ენერგიის გარდაქმნა ერთი ტიპიდან მეორეზე (მექანიკურიდან შიდაში);
სითბოს რაოდენობა ახასიათებს შინაგანი ენერგიის გადაცემის პროცესს ერთი სხეულიდან მეორეზე (უფრო გახურებულიდან ნაკლებად გაცხელებამდე), რომელსაც არ ახლავს ენერგიის გარდაქმნები.

გათბობა (გაგრილება)

გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ სხეულის მასის გასათბობად საჭირო სითბოს რაოდენობა მტემპერატურაზე თ 1 ტემპერატურამდე თ 2, გამოითვლება ფორმულით

\(~Q = c \cdot m \cdot (T_2 - T_1) = c \cdot m \cdot \Delta T,\)

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T,\) გ- ნივთიერების სპეციფიკური თბოტევადობა (ტაბულური მნიშვნელობა);

\(~c = \dfrac(Q)(m \cdot \დელტა T).\)

სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის SI ერთეული არის ჯული კილოგრამ კელვინზე (J/(kg K)).

სპეციფიკური სითბო გრიცხობრივად უდრის სითბოს რაოდენობას, რომელიც უნდა გადაეცეს 1 კგ მასის სხეულს, რათა გაცხელდეს იგი 1 K-ით.

გარდა სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრისა, ასევე გათვალისწინებულია ისეთი რაოდენობა, როგორიცაა სხეულის სითბოს მოცულობა.

სითბოს ტევადობასხეული Cრიცხობრივად უდრის სითბოს რაოდენობას, რომელიც საჭიროა სხეულის ტემპერატურის 1 კ-ით შესაცვლელად:

\(~C = \dfrac(Q)(\დელტა T) = c \cdot m.\)

სხეულის სითბოს სიმძლავრის SI ერთეული არის ჯული კელვინზე (J/K).

აორთქლება (კონდენსაცია)

მუდმივ ტემპერატურაზე სითხის ორთქლად გადაქცევისთვის საჭიროა სითბოს დახარჯვა

\(~Q = L \cdot m,\)

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T,\) ლ- აორთქლების სპეციფიკური სითბო (ტაბულური მნიშვნელობა). როდესაც ორთქლი კონდენსირდება, სითბოს იგივე რაოდენობა გამოიყოფა.

აორთქლების სპეციფიკური სითბოს SI ერთეული არის ჯული თითო კილოგრამზე (ჯ/კგ).

დნობა (კრისტალიზაცია)

იმისათვის, რომ დნება კრისტალური სხეული აწონა მდნობის წერტილში სხეულს სჭირდება სითბოს ოდენობის კომუნიკაცია

\(~Q = \ლამბდა \cdot m,\)

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T,\) λ - შერწყმის სპეციფიკური სითბო (ტაბულური მნიშვნელობა). როდესაც სხეული კრისტალიზდება, სითბოს იგივე რაოდენობა გამოიყოფა.

შერწყმის სპეციფიკური სითბოს SI ერთეული არის ჯული თითო კილოგრამზე (ჯ/კგ).

საწვავის წვა

საწვავის მასის სრული წვის დროს გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობა მ,

\(~Q = q \cdot m,\)

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T,\) ქ- წვის სპეციფიკური სითბო (ტაბულური მნიშვნელობა).

წვის სპეციფიკური სითბოს SI ერთეული არის ჯული თითო კილოგრამზე (ჯ/კგ).

ლიტერატურა

აქსენოვიჩ L.A. ფიზიკაში საშუალო სკოლა: თეორია. დავალებები. ტესტები: სახელმძღვანელო. ზოგადსაგანმანათლებლო დაწესებულებების შემწეობა. გარემო, განათლება / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; რედ. კ.ს.ფარინო. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - გვ 129-133, 152-161.

თუ საცობით დახურულ სქელკედლიან ქილაში ჩასვით, რომლის ძირი წყლით არის დაფარული, გარკვეული პერიოდის შემდეგ საცობი ქილიდან გამოფრინდება და ქილაში ნისლი წარმოიქმნება. საცობი ქილიდან გამოფრინდა, რადგან იქ ჰაერი მასზე გარკვეული ძალით მოქმედებდა. ჰაერი მუშაობდა, როდესაც შტეფსელი გამოვიდა. ცნობილია, რომ სხეულს შეუძლია სამუშაოს შესრულება, თუ მას ენერგია აქვს. ამიტომ ქილაში ჰაერს აქვს ენერგია.

როგორც კი ჰაერი ასრულებდა სამუშაოს, მისი ტემპერატურა იკლებს და მდგომარეობა იცვლებოდა. ამავდროულად, ჰაერის მექანიკური ენერგია არ შეცვლილა: არც სიჩქარე და არც მდებარეობა დედამიწასთან შედარებით. შესაბამისად, სამუშაო შესრულდა არა მექანიკური, არამედ სხვა ენერგიის გამო. ეს ენერგია არის ქილაში ჰაერის შიდა ენერგია.

შინაგანი ენერგიასხეული არის მისი მოლეკულების მოძრაობის კინეტიკური ენერგიის ჯამი და მათი ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია. კინეტიკური ენერგია ( ეკ) მოლეკულებს აქვთ, რადგან ისინი მოძრაობაში არიან, პოტენციური ენერგია ( ეპ) როგორც ისინი ურთიერთობენ. შინაგანი ენერგია აღინიშნება ასოებით უ. შიდა ენერგიის ერთეული არის 1 ჯოული (1 ჯ). U = Ek + En.

შინაგანი ენერგიის შეცვლის გზები

რაც უფრო დიდია მოლეკულების მოძრაობის სიჩქარე, მით უფრო მაღალია სხეულის ტემპერატურა, შესაბამისად, შინაგანი ენერგია დამოკიდებულია სხეულის ტემპერატურაზე . ნივთიერების მყარი მდგომარეობიდან თხევად გადაქცევისთვის, მაგალითად, ყინულის წყალად გადაქცევისთვის, თქვენ უნდა მიაწოდოთ მას ენერგია. შესაბამისად, წყალს ექნება მეტი შინაგანი ენერგია, ვიდრე იმავე მასის ყინულს და შესაბამისად, შიდა ენერგია დამოკიდებულია სხეულის ფიზიკურ მდგომარეობაზე .

შინაგანი ენერგია შეიძლება შეიცვალოს სამუშაოს შესრულებისას . თუ ტყვიის ნაჭერს ჩაქუჩით რამდენჯერმე დაარტყამთ, შეხებითაც კი მიხვდებით, რომ ტყვიის ნაჭერი გაცხელდება. შესაბამისად, გაიზარდა მისი შინაგანი ენერგია, ისევე როგორც ჩაქუჩის შინაგანი ენერგია. ეს იმიტომ მოხდა, რომ ტყვიის ნაჭერზე მუშაობა გაკეთდა.

თუ სხეული თავად მუშაობს, მაშინ მისი შინაგანი ენერგია მცირდება, ხოლო თუ მასზე მუშაობა ხდება, მაშინ მისი შინაგანი ენერგია იზრდება.

თუ ჭიქაში ცივი წყალიდაასხით ცხელი წყალი, შემდეგ ტემპერატურა ცხელი წყალიჩამოვა და ცივი წყალი- გაიზრდება. განხილულ მაგალითში მექანიკური სამუშაო არ არის შესრულებული სხეულების შინაგანი ენერგია სითბოს გადაცემა, რასაც მოწმობს მისი ტემპერატურის კლება.

ცხელი წყლის მოლეკულებს უფრო მეტი კინეტიკური ენერგია აქვთ, ვიდრე ცივი წყლის მოლეკულებს. ცხელი წყლის მოლეკულები ამ ენერგიას გადასცემენ ცივი წყლის მოლეკულებს შეჯახების დროს და ცივი წყლის მოლეკულების კინეტიკური ენერგია იზრდება. ცხელი წყლის მოლეკულების კინეტიკური ენერგია მცირდება.

სითბოს გადაცემაარის სხეულის შინაგანი ენერგიის შეცვლის ხერხი, როდესაც ენერგია გადადის სხეულის ერთი ნაწილიდან მეორეზე ან ერთი სხეულიდან მეორეზე სამუშაოს შესრულების გარეშე.

ჩვენს ირგვლივ ყველა მაკროსკოპული სხეული შეიცავს ნაწილაკებს: ატომებს ან მოლეკულებს. მუდმივ მოძრაობაში ყოფნისას, ისინი ერთდროულად ფლობენ ორი სახის ენერგიას: კინეტიკური და პოტენციური და ქმნიან სხეულის შინაგან ენერგიას:

U = ∑ E k +∑ E p

ეს კონცეფცია ასევე მოიცავს ელექტრონების, პროტონების და ნეიტრონების ერთმანეთთან ურთიერთქმედების ენერგიას.

შესაძლებელია თუ არა შინაგანი ენერგიის შეცვლა

მისი შეცვლის 3 გზა არსებობს:

სითბოს გადაცემის პროცესის წყალობით;
მექანიკური სამუშაოების შესრულებით;
განხორციელებით ქიმიური რეაქციები.

მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ ყველა ვარიანტი.

თუ მუშაობას თავად სხეული აკეთებს, მაშინ მისი შინაგანი ენერგია შემცირდება, ხოლო როდესაც სხეულზე მუშაობა ხდება, მისი შინაგანი ენერგია გაიზრდება.

ენერგიის გაზრდის უმარტივესი მაგალითებია ხახუნის გამოყენებით ცეცხლის გაჩენის შემთხვევები:

ტინდერის გამოყენებით;
კაჟის გამოყენებით;
მატჩების გამოყენებით.

ტემპერატურის ცვლილებებთან დაკავშირებულ თერმულ პროცესებს ასევე თან ახლავს შიდა ენერგიის ცვლილებები. თუ სხეულს გაცხელებთ, მისი ენერგია გაიზრდება.

ქიმიური რეაქციების შედეგია ნივთიერებების ტრანსფორმაცია, რომლებიც განსხვავდებიან სტრუქტურით და შემადგენლობით. მაგალითად, საწვავის წვის დროს, წყალბადის ჟანგბადთან შერწყმის შემდეგ, წარმოიქმნება ნახშირბადის მონოქსიდი. მარილმჟავას თუთიასთან შერწყმისას წყალბადი გამოიყოფა და წყალბადის წვის შედეგად გამოიყოფა წყლის ორთქლი.

სხეულის შიდა ენერგია ასევე შეიცვლება ელექტრონების ერთი ელექტრონული გარსიდან მეორეზე გადასვლის გამო.

სხეულების ენერგია - დამოკიდებულება და მახასიათებლები

შინაგანი ენერგია სხეულის თერმული მდგომარეობის მახასიათებელია. ეს დამოკიდებულია:

აგრეგაციის მდგომარეობა და ცვლილებები დუღილისა და აორთქლების, კრისტალიზაციის ან კონდენსაციის, დნობის ან სუბლიმაციის დროს;
სხეულის წონა;
სხეულის ტემპერატურა, რომელიც ახასიათებს ნაწილაკების კინეტიკურ ენერგიას;
სახის ნივთიერება.

მონატომური იდეალური გაზის შიდა ენერგია

ეს ენერგია, იდეალურ შემთხვევაში, შედგება თითოეული ნაწილაკის კინეტიკური ენერგიებისგან, რომლებიც მოძრაობენ შემთხვევით და განუწყვეტლივ, და მათი ურთიერთქმედების პოტენციურ ენერგიას კონკრეტულ სხეულში. ეს ხდება ტემპერატურის ცვლილების გამო, რაც დასტურდება ჯოულის ექსპერიმენტებით.

ერთატომური აირის შიდა ენერგიის გამოსათვლელად გამოიყენეთ განტოლება:

სადაც, ტემპერატურის ცვლილებიდან გამომდინარე, შეიცვლება შინაგანი ენერგია (ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება და მისი კლებასთან ერთად მცირდება). შინაგანი ენერგია არის მდგომარეობის ფუნქცია.

მათი ურთიერთქმედება.

შინაგანი ენერგია შემოდის ენერგეტიკული გარდაქმნების ბალანსი ბუნებაში.შინაგანი ენერგიის აღმოჩენის შემდეგ ჩამოყალიბდა ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი.განვიხილოთ მექანიკური და შინაგანი ენერგიების ურთიერთ გარდაქმნა. დაე, ტყვიის ბურთი დადგეს ტყვიის ფილაზე. ავწიოთ და გავუშვათ. ბურთი რომ ავწიეთ, პოტენციურ ენერგიას ვაძლევდით. როდესაც ბურთი ეცემა, ის მცირდება, რადგან ბურთი უფრო და უფრო იკლებს. მაგრამ სიჩქარის მატებასთან ერთად ბურთის კინეტიკური ენერგია თანდათან იზრდება. ბურთის პოტენციური ენერგია გარდაიქმნება კინეტიკურ ენერგიად. მაგრამ შემდეგ ბურთი ტყვიის ფირფიტას მოხვდა და გაჩერდა. მისი ორივე კინეტიკური და პოტენციური ენერგია ფირფიტასთან შედარებით ნულოვანი გახდა. დარტყმის შემდეგ ბურთისა და ფილის შესწავლისას დავინახავთ, რომ მათი მდგომარეობა შეიცვალა: ბურთი ოდნავ გაბრტყელდა და ფილაზე მცირე ჩაღრმავება წარმოიქმნა; როდესაც გავზომეთ მათი ტემპერატურა, აღმოვაჩენთ, რომ ისინი გაცხელდნენ.

გათბობა ნიშნავს სხეულის მოლეკულების საშუალო კინეტიკური ენერგიის ზრდას. დეფორმაციის დროს იცვლება სხეულის ნაწილაკების შედარებითი პოზიცია და შესაბამისად იცვლება მათი პოტენციური ენერგიაც.

ამრიგად, შეიძლება ითქვას, რომ ბურთის ფირფიტაზე დარტყმის შედეგად, მექანიკური ენერგია, რომელსაც ბურთი ფლობდა ექსპერიმენტის დასაწყისში, გარდაიქმნება. სხეულის შინაგანი ენერგია.

ძნელი არ არის დაკვირვება შინაგანი ენერგიის უკუ გადასვლის მექანიკურ ენერგიად.

მაგალითად, თუ აიღებთ სქელკედლიან შუშის ჭურჭელს და საცობის ნახვრეტით მასში ჰაერს ჩაატარებთ, გარკვეული პერიოდის შემდეგ კორპი ჭურჭლიდან გაფრინდება. ამ დროს ხომალდში ნისლი იქმნება. ნისლის გამოჩენა ნიშნავს, რომ ჭურჭელში ჰაერი გაცივდა და, შესაბამისად, მისი შინაგანი ენერგია შემცირდა. ეს აიხსნება იმით, რომ ჭურჭელში მყოფი შეკუმშული ჰაერიშტეფსელის ამოღება (ანუ გაფართოება) მუშაობდა მისი შიდა ენერგიის შემცირებით. დანამატის კინეტიკური ენერგია გაიზარდა შეკუმშული ჰაერის შიდა ენერგიის გამო.

ამრიგად, სხეულის შინაგანი ენერგიის შეცვლის ერთ-ერთი გზა არის სხეულის (ან სხვა სხეულების) მოლეკულების მუშაობა მოცემულ სხეულზე. სამუშაოს გარეშე შინაგანი ენერგიის შეცვლის გზაა სითბოს გადაცემა.

იდეალური ერთატომური აირის შიდა ენერგია.

ვინაიდან იდეალური გაზის მოლეკულები არ ურთიერთობენ ერთმანეთთან, მათი პოტენციური ენერგია ითვლება ნულამდე. იდეალური აირის შიდა ენერგია განისაზღვრება მხოლოდ მისი მოლეკულების შემთხვევითი გადამყვანი მოძრაობის კინეტიკური ენერგიით. მის გამოსათვლელად, თქვენ უნდა გაამრავლოთ ერთი ატომის საშუალო კინეტიკური ენერგია ატომების რაოდენობაზე . იმის გათვალისწინებით, რომ კ N A = R, ვიღებთ იდეალური გაზის შიდა ენერგიის მნიშვნელობას:

იდეალური მონატომური აირის შიდა ენერგია პირდაპირპროპორციულია მისი ტემპერატურისა. თუ გამოვიყენებთ კლაპეირონ-მენდელეევის განტოლებას, მაშინ იდეალური გაზის შიდა ენერგიის გამოხატულება შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც:

უნდა აღინიშნოს, რომ ერთი ატომის საშუალო კინეტიკური ენერგიის გამოთქმის მიხედვით და მოძრაობის შემთხვევითობის გამო მოძრაობის სამი შესაძლო მიმართულებიდან თითოეულს ან თითოეულს თავისუფლების ხარისხი, ღერძის გასწვრივ X, იდა ზანგარიშზე იგივე ენერგია.

თავისუფლების ხარისხების რაოდენობაარის მოლეკულის მოძრაობის შესაძლო დამოუკიდებელი მიმართულებების რაოდენობა.

გაზს, რომლის თითოეული მოლეკულა შედგება ორი ატომისგან, ეწოდება დიატომური. თითოეულ ატომს შეუძლია სამი მიმართულებით გადაადგილება, ამიტომ მოძრაობის შესაძლო მიმართულებების საერთო რაოდენობა არის 6. მოლეკულებს შორის კავშირის გამო თავისუფლების ხარისხი მცირდება ერთით, შესაბამისად დიატომური მოლეკულის თავისუფლების ხარისხი არის ხუთი.

დიატომური მოლეკულის საშუალო კინეტიკური ენერგია არის . შესაბამისად, იდეალური დიატომიური აირის შიდა ენერგია უდრის:

იდეალური გაზის შიდა ენერგიის ფორმულები შეიძლება განზოგადდეს:

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T,\) სადარის გაზის მოლეკულების თავისუფლების გრადუსების რაოდენობა ( სად= 3 მონატომური და მე= 5 დიატომური გაზისთვის).

იდეალური გაზებისთვის, შიდა ენერგია დამოკიდებულია მხოლოდ ერთ მაკროსკოპულ პარამეტრზე - ტემპერატურაზე და არ არის დამოკიდებული მოცულობაზე, რადგან პოტენციური ენერგია ნულის ტოლია (მოცულობა განსაზღვრავს საშუალო მანძილს მოლეკულებს შორის).

რეალური გაზებისთვის პოტენციური ენერგია არ არის ნული. ამრიგად, შიდა ენერგია თერმოდინამიკაშია ზოგადი შემთხვევაცალსახად განისაზღვრება ამ სხეულების მდგომარეობის დამახასიათებელი პარამეტრებით: მოცულობა (V)და ტემპერატურა (T).

სხეულის შინაგანი ენერგია შეიძლება შეიცვალოს ორი გზით:

1. დასრულების შემდეგ მექანიკური მუშაობა.

ა) თუ გარე ძალა იწვევს სხეულის დეფორმაციას, მაშინ იცვლება მანძილი ნაწილაკებს შორის, რომელთაგანაც იგი შედგება და შესაბამისად იცვლება ნაწილაკების ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია. არაელასტიური დეფორმაციების დროს, გარდა ამისა, იცვლება სხეულის ტემპერატურა, ე.ი. იცვლება ნაწილაკების თერმული მოძრაობის კინეტიკური ენერგია. მაგრამ როდესაც სხეული დეფორმირებულია, კეთდება მუშაობა, რაც არის სხეულის შინაგანი ენერგიის ცვლილების საზომი.

ბ) სხეულის შინაგანი ენერგიაც იცვლება სხვა სხეულთან მისი არაელასტიური შეჯახებისას. როგორც ადრე ვნახეთ, სხეულების არაელასტიური შეჯახების დროს მათი კინეტიკური ენერგია მცირდება, ის გადაიქცევა შინაგან ენერგიად (მაგალითად, თუ კოჭზე დაყრილ მავთულს ჩაქუჩით რამდენჯერმე დაარტყამთ, მავთული გაცხელდება). სხეულის კინეტიკური ენერგიის ცვლილების საზომი კინეტიკური ენერგიის თეორემის მიხედვით არის მოქმედი ძალების მუშაობა. ეს ნამუშევარი ასევე შეიძლება გახდეს შინაგანი ენერგიის ცვლილებების საზომი.

გ) სხეულის შინაგანი ენერგიის ცვლილება ხდება ხახუნის გავლენით, ვინაიდან, როგორც გამოცდილებიდან არის ცნობილი, ხახუნს ყოველთვის თან ახლავს ხახუნის სხეულების ტემპერატურის ცვლილება. ხახუნის ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო შეიძლება გახდეს შიდა ენერგიის ცვლილების საზომი.

2. გამოყენება ბ) სხეულის შინაგანი ენერგიაც იცვლება სხვა სხეულთან მისი არაელასტიური შეჯახებისას. როგორც ადრე ვნახეთ, სხეულების არაელასტიური შეჯახების დროს მათი კინეტიკური ენერგია მცირდება, ის გადაიქცევა შინაგან ენერგიად (მაგალითად, თუ კოჭზე დაყრილ მავთულს ჩაქუჩით რამდენჯერმე დაარტყამთ, მავთული გაცხელდება). სხეულის კინეტიკური ენერგიის ცვლილების საზომი კინეტიკური ენერგიის თეორემის მიხედვით არის მოქმედი ძალების მუშაობა. ეს ნამუშევარი ასევე შეიძლება გახდეს შინაგანი ენერგიის ცვლილებების საზომი.. მაგალითად, თუ სხეული მოთავსებულია საწვავის ცეცხლში, მისი ტემპერატურა შეიცვლება, შესაბამისად, შეიცვლება მისი შინაგანი ენერგიაც. თუმცა აქ არანაირი სამუშაო არ გაკეთებულა, რადგან არც სხეულისა და არც მისი ნაწილების თვალსაჩინო მოძრაობა არ იყო.

სითბოს გადაცემის სამი ტიპი არსებობს: გამტარობა, კონვექცია და გამოსხივება.

მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ შინაგანი ენერგიის შეცვლის გზები.

სითბოს რაოდენობა

სამუშაოსა და სითბოს შორის მთავარი განსხვავება ისაა

§ ნამუშევარი ახასიათებს სისტემის შინაგანი ენერგიის შეცვლის პროცესს, რომელსაც თან ახლავს ენერგიის გარდაქმნა ერთი ტიპიდან მეორეზე (მექანიკურიდან შიდაში);

§ სითბოს რაოდენობა ახასიათებს შინაგანი ენერგიის გადაცემის პროცესს ერთი სხეულიდან მეორეზე (უფრო გახურებულიდან ნაკლებად გაცხელებამდე), რომელსაც არ ახლავს ენერგიის გარდაქმნები.

§ სითბოს ტევადობა, სითბოს რაოდენობა, რომელიც მოხმარებულია ტემპერატურის 1°C-ით შესაცვლელად. უფრო მკაცრი განმარტებით, სითბოს სიმძლავრე- თერმოდინამიკური რაოდენობა, რომელიც განისაზღვრება გამოსახულებით:

§ სადაც Δ ქ- სითბოს რაოდენობა, რომელიც გადაეცემა სისტემას და იწვევს მის ტემპერატურას დელტას მიერ; სასრული სხვაობის შეფარდება Δ ქ/ΔТ ეწოდება საშუალო სითბოს სიმძლავრე, უსასრულო სიდიდეების შეფარდება დ Q/dT- მართალია სითბოს სიმძლავრე. მას შემდეგ, რაც დ ქარ არის სახელმწიფო ფუნქციის სრული დიფერენციალი, მაშინ სითბოს სიმძლავრედამოკიდებულია სისტემის ორ მდგომარეობას შორის გადასვლის გზაზე. გამოარჩევენ სითბოს სიმძლავრესისტემა მთლიანობაში (ჯ/კ), სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე[J/(გ K)], მოლარული სითბოს სიმძლავრე[ჯ/(მოლ K)]. ქვემოთ მოყვანილი ყველა ფორმულა იყენებს მოლარულ რაოდენობას სითბოს სიმძლავრე.

კითხვა 32:

შინაგანი ენერგია შეიძლება შეიცვალოს ორი გზით.

სითბოს რაოდენობა (Q) არის სხეულის შინაგანი ენერგიის ცვლილება, რომელიც ხდება სითბოს გადაცემის შედეგად.

სითბოს რაოდენობა იზომება SI ერთეულებში ჯოულებში.
[Q] = 1ჯ.

ნივთიერების სპეციფიკური სითბოს მოცულობა გვიჩვენებს, თუ რამდენი სითბოა საჭირო ერთეული მასის ტემპერატურის შესაცვლელად ამ ნივთიერების 1°C-ით.
სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის SI ერთეული:
[c] = 1 ჯ/კგ °C.

კითხვა 33:

33 თერმოდინამიკის პირველი კანონი არის სითბოს რაოდენობა, რომელსაც სისტემა იღებს მისი შინაგანი ენერგიის შესაცვლელად და გარე სხეულებზე მუშაობის შესასრულებლად. dQ=dU+dA, სადაც dQ არის სითბოს ელემენტარული რაოდენობა, dA არის ელემენტარული სამუშაო, dU არის შიდა ენერგიის ნამატი. თერმოდინამიკის პირველი კანონის გამოყენება იზოპროცესებზე
თერმოდინამიკური სისტემებით მიმდინარე წონასწორობის პროცესებს შორის გამოირჩევა შემდეგი: იზოპროცესები, რომელშიც ერთ-ერთი ძირითადი მდგომარეობის პარამეტრი მუდმივი რჩება.
იზოქორული პროცესი (ვ=კონსტ). ამ პროცესის დიაგრამა (იზოკორი)კოორდინატებში გვ, ვგამოსახულია ორდინატთა ღერძის პარალელურად სწორი ხაზის სახით (სურ. 81), სადაც პროცესია 1-2 არის იზოქორული გათბობა და 1 -3 - იზოქორული გაგრილება. იზოქორული პროცესის დროს გაზი არ მოქმედებს გარე სხეულებზე. იზოთერმული პროცესი (თ=კონსტ). როგორც უკვე მითითებულია §41-ში, იზოთერმული პროცესი აღწერილია ბოილ-მარიოტის კანონით.
იმისთვის, რომ გაზის გაფართოებისას ტემპერატურა არ შემცირდეს, იზოთერმული პროცესის დროს გაზს უნდა მიეწოდოს გაფართოების გარე სამუშაოს ექვივალენტური სითბო.

კითხვა 34:

34 ადიაბატურიეს არის პროცესი, რომელშიც არ არის სითბოს გაცვლა ( dQ= 0) სისტემასა და გარემო. ყველა სწრაფი პროცესი შეიძლება კლასიფიცირდეს ადიაბატურ პროცესებად. მაგალითად, გარემოში ბგერის გავრცელების პროცესი შეიძლება ჩაითვალოს ადიაბატურ პროცესად, ვინაიდან ბგერითი ტალღის გავრცელების სიჩქარე იმდენად მაღალია, რომ ენერგიის გაცვლას ტალღასა და გარემოს შორის დრო არ აქვს. ადიაბატური პროცესები გამოიყენება შიგაწვის ძრავებში (წვადი ნარევის გაფართოება და შეკუმშვა ცილინდრებში), სამაცივრო ბლოკებში და ა.შ.
თერმოდინამიკის პირველი კანონიდან ( dQ=დ U+dA) ადიაბატური პროცესისთვის გამომდინარეობს რომ
p /С V =γ , ვპოულობთ

განტოლების ინტეგრირებით p 1-დან p 2-მდე და, შესაბამისად, V 1-დან V 2-მდე და გაძლიერებით, მივდივართ გამოსახულებამდე

ვინაიდან 1 და 2 მდგომარეობები არჩეულია თვითნებურად, შეგვიძლია დავწეროთ

ასევე წაიკითხეთ

ვინ არის "პაგი" ზონაში: ისტორია და საინტერესო ფაქტები

ნაქსოვი ნიმუშები თბილი ქალის ქუდებისთვის ნაქსოვი ქუდები ზამთრისთვის

ყუთები დაჭრილი საპნისთვის