Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. Мы закончили изучать тему тепловое расширение тел. Кроме самого линейного расширения тел, мы познакомились с коэффициентами линейного и объемного расширения тел, установили связь между коэффициентами линейного и объемного расширения тел, порешали простые и более сложные задачи на тепловое расширение и узнали как экспериментально определять коэффициент объемного расширения жидкости. На этой лекции мы продолжаем изучать более общую тему тепловые явления...
И так...Первое что мы видим в названии лекции, это знакомое слово - энергия. Отдельную лекцию мы посвятили изучению этой физической величины. Давайте вспомним, что означает, что тело обладает энергией? Что это значит? Это значит, что тело может совершить работу. Если тело способно совершить работу, то оно обладает энергией. В каких единицах измеряется энергия? Энергия измеряется в Джоулях. В механике мы изучали два вида энергии. Давайте вспомним, что это за виды энергии. Мы изучали потенциальную и кинетическую энергии. Представим, что у нас в руках бильярдный шар. В начальный момент времени он лежит на столе, а потом его поднимают на какую-то высоту. Его энергия изменилась? И если да, то какая именно? Потенциальная. Скажите пожалуйста, а из-за чего этот шар обладает потенциальной энергией, ведь мы совершили работу, чтобы его поднять и эта работа пошла на увеличение потенциальной энергии. За счет чего этот шар обладает потенциальной энергией? За счет повышения уровня шара над столом. А стол стоит где? На полу. А пол где располагается? На Земле. Так если бы шар не притягивался бы к Земле силой притяжения или ее разновидностью силой тяжести, нам нужно было бы совершать работу, что бы поднять его на определенную высоту? Нет. Значит потенциальная энергия шара увеличилась из-за существования силы тяжести. А сила тяжести какое описывает взаимодействие? Взаимодействие шара с Землей. Т.е из-за взаимодействия шара с Землей, когда я его поднимаю его потенциальная энергия увеличивается. Если бы Земля не притягивала бы к себе шар и нам бы не пришлось совершать работу и потенциальная энергия при этом бы не увеличилась. Значит потенциальная энергия - это энергия взаимодействия тел. Она зависит от их взаимного расположения. Правда, это может быть энергия взаимодействия частей одного и того же тела. А можно привести пример, когда тело при помощи взаимодействия его отдельных частей приобретает потенциальную энергию? Например пружина...Если мы сжимаем пружину, мы совершаем работу, при этом отдельные части пружины друг с другом взаимодействуют и в результате увеличивается потенциальная энергия. Распрямляясь эта пружина потом может совершить работу. Хорошо. Теперь давайте рассмотрим другой вид энергии. Кстати, мы говорим, что энергия - это способность тела совершить работу. Эту работу можно, например, израсходовать на то, чтобы расколоть орех. Если мы на стол положим орех а на некоторую высоту над ним поднимем шар, потом его отпустим, то орех под ударом шара расколется. Но можно расколоть орех и не поднимая шар. Знаете есть такое древнее оружие называемое пращей. "Давид пращей сразил Голиафа". Праща - это такой кожаный мешочек, в который вкладывается камень, мешочек этот крепится к ремешку. И вот если по аналогии в пращей, мы возьмем в руку маятник и начнем его вращать в горизонтальной плоскости по кругу, то какой энергией будет обладать этот маятник? Кинетической. Энергия движения - это кинетическая энергия. И эту энергию тоже можно использовать для того, чтобы совершить работу. Давид за счет кинетической энергии шара сразил Голиафа, так же этот шар можно использовать для того, чтобы ударить им по ореху, расколоть его совершив таким образом работу. И так мы вспомнили с вами, что такое потенциальная и кинетическая энергия. потенциальная энергия связана с взаимодействием тела или его отдельных частей с другим телом, а кинетическая энергия связана с движением тела. Теперь давайте вспомним о том, что механическая энергия способна переходит из одного вида энергии в другой. Например, шар поднят...он обладает потенциальной энергией относительно стола, когда мы его отпускаем на него начинает действовать сила тяжести и он начнет снижаться, но что при этом будет происходить с его скоростью? Скорость будет увеличиваться, высота уменьшаться и значит потенциальная энергия тоже при этом будет уменьшаться. Скорость будет увеличиваться и будет при этом увеличиваться кинетическая энергия. А сумма двух энергий при этом будет не меняться. И в этом состоит закон полной механической энергии: сумма кинетической и потенциальной энергии называется полной механической энергией. И так есть закон сохранения полной механической энергии. Суммарная потенциальная и кинетическая энергия остается постоянной. Или говорят, что энергия одного вида переходит в другой, при этом совершается работа. Работа - эта мера перехода энергии из одного вида в другой. Потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию за счет работы силы тяжести. Все пока что очень хорошо и понятно...потенциальная энергия переходит в кинетическую, но сумма при этом остается неизменной. А теперь давайте немного изменим наши условия...
И так при падении шара в песок происходит переход из потенциальной энергии в кинетическую и далее в тепловую энергию песка. А теперь внимание! Из чего состоят все вещества? Из молекул. А как себя ведут молекулы? Движутся и взаимодействуют друг с другом. Когда повышается температура, что происходит со скоростью движения молекул? Она увеличивается. Но ведь скорость движения связана с кинетической энергией движения молекул. Но только эта энергия хаотического движения. И так механическая энергия при ударе шара о песок "пропала" - нет не потенциальной не кинетической энергии. Но энергия как таковая не пропала, она просто перешла в другой вид. Это энергия уже не движения всего тела, а энергия хаотического движения молекул этого тела...кинетическая энергия хаотического движения. Кстати, а молекулы при этом взаимодействуют друг с другом? Да, значит молекулы должны обладать и потенциальной энергией. И вот оказывается, если мы сложим потенциальную энергию молекул взаимодействия друг с другом и кинетическую энергию их хаотического движения, то у нас получится новый для нас вид энергии, который называется внутренняя энергия. И в опыте, который мы провели с вами...мы "сказали", что песок разлетелся во все стороны, но этот песок у нас остался на столе и он стал опять не подвижен. Механическая энергия перешла в этом опыте в новый для нас вид энергии во внутреннюю энергию. Песок при этом немного нагрелся. Что же такое внутренняя энергия? Давайте запишем...
Внутренняя энергия тела - это сумма кинетической энергии хаотического движения ее молекул и потенциальной энергии взаимодействия молекул друг с другом.
И так записали...А теперь внимание вопрос...Наш шар, который покоится на столе обладает внутренней энергией? Конечно, он состоит из движущихся молекул. Они колеблются вокруг положения своего равновесия и взаимодействуют друг с другом и у них есть и потенциальная и кинетическая энергии. А теперь внимание...Мы подняли шар над столом. Увеличится ли внутренняя энергия шара при этом? Нет. Увеличилась потенциальная энергия взаимодействия молекул шара, но не друг с другом, а с Землей. На внутренней энергии это не отразилось. Значит, когда мы изменяем положение шара при этом изменяется его потенциальная энергия, как целого тела. Но внутренняя энергия при этом остается той же самой. Следующий вопрос...движущийся по кругу в горизонтальной плоскости шар имеет ту же самую энергию или энергия при этом увеличивается за счет движения? Как вы думаете? Она осталась той же самой. Какое это движение? Упорядоченное или хаотическое? Упорядоченное - это механическое движение всего тела, как в целом. А что у нас написано в определении? Кинетическая энергия хаотического движения...И вот давайте сейчас подчеркнем два ключевых момента в этом определении...слово "хаотическое", оно означает что движение тела в целом никак не отразится на внутренней энергии и взаимодействии молекул друг с другом. Записали...получается, что бросая шар мы изменить при этом его внутреннюю энергию не можем, поднимая этот шар, мы изменить его внутреннюю энергию тоже не сможем. Так что не возможно изменить внутреннюю энергию? Или существуют какие-то способы? И судя по оптимистическому названию лекции способы все-таки существуют. И давайте мы сейчас с вами попробуем их реализовать. Только перед этим давайте зададим себе вопрос: " а каким образом можно судить легко, буквально на ощупь, о том, что внутренняя энергия тела увеличилась? Температура...Да, температура - это действительно, то что можно "пощупать". И так мы сейчас с вами займемся изменением внутренней энергии тела...
Хорошо, мы проделали опыт и давайте скажем, а что произошло с внутренней энергией этой петли? Она увеличилась. и так внутренняя энергия проволоки увеличилась, мы это увидели в опыте, когда экспериментатор почувствовал, что увеличилась температура проволоки, т.е увеличилась кинетическая энергия хаотического движения молекул. А что в это время делал второй экспериментатор? Деформировал проволоку. При этом мы перемещали концы проволоки? Мне для этого понадобилось силу к этому прикладывать? А что значит прикладывая силу я совершал перемещение - это значит, что я совершал работу. И так совершая работу над телом, над проволокой мы увеличили ее внутреннюю энергию. Значит все-таки есть способы изменения внутренней энергии. И один из способов изменения этой энергии - это совершение работы над телом. И так давайте разберем способы изменения внутренней энергии.
Первый способ: совершение работы над телом или совершение работы самим телом.
Теперь давайте перейдем ко второму способу изменения внутренней энергии.
Второй способ: без совершения внутренней работы - это теплопередача.
Давайте еще раз запишем, что такое теплопередача и количество теплоты.
- Теплопередача - это процесс изменения внутренней энергии тела без совершения работы.
- Количество теплоты - это энергия передаваемая или получаемая телом в процессе теплопередачи. Обозначается буквой Q.
И в заключении лекции, давайте посмотрим еще один опыт...этими экспериментами занимались еще древние люди, когда за счет совершения работы меняется внутренняя энергия и при этом происходят полезные вещи...идет речь о добывании огня трением.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.