Внутренняя энергия - ТЕРМОДИНАМИКА

Цель: сформулировать понятие внутренней энергии; способы ее изменения.

Ход урока

I. Изучение нового материала

Существует много способов изменить температуру тела. При одном из них ее меняют, нагревая тело в пламени сгорающего топлива. Теплота, выделившаяся при сгорании топлива, идет на нагревание тела.

С молекулярной точки зрения любое тело состоит из огромного числа мельчайших частиц. Эти частицы находятся в непрерывном движении. Процесс нагревания тела в пламени сгорающего топлива выглядит так. Горение есть химическая реакция соединения двух веществ. Кинетическая энергия молекул продуктов сгорания при этом во много раз превосходит первоначальную кинетическую энергию исходных веществ. Образовавшиеся молекулы сталкиваются с молекулами вещества, помещенного в пламя горелки. Процесс нагревания всегда сопровождается повышением температуры тела. В молекулярно-кинетической теории суммарную кинетическую энергию хаотического движения всех молекул тела относительно его центра масс и суммарную потенциальную энергию взаимодействия этих молекул друг с другом называют внутренней энергией.

Наиболее прост по своим свойствам одноатомный газ. Молекулы газа не взаимодействуют друг с другом, кроме моментов непосредственного столкновения. Поэтому их средняя потенциальная энергия мала и вся энергия представляет собой кинетическую энергию хаотического движения молекул. Это справедливо, если центр масс газа не двигается.

- энергия одного атома. разделим и умножим на μ = maNA.

, если использовать уравнение Клапейрона-Менделеева: .

Внутренняя энергия одноатомного газа - это кинетическая энергия поступательного движения. В отличие от атомов молекулы лишены сферической симметрии, могут вращаться.

Поэтому для двухатомного газа: .

Внутренняя энергия произвольного идеального газа:

Изменение внутренней энергии определяется для идеального газа так:

II. Повторение изученного

1. Какие тела называются макроскопическими?

2. Что такое внутренняя энергия?

3. Чем отличается внутренняя энергия идеального газа от реального газа?

4. От каких физических величин зависит внутренняя энергия тела?

5. Моль какого газа - водорода или гелия - при одинаковой температуре имеет большую внутреннюю энергию?

III. Решение задач

1. В стальном баллоне находится гелий массой 0,5 кг при температуре 10 °С. Как изменится внутренняя энергия гелия, если его температура повысится до 30 °С?

(Ответ: 31,2 кДж.)

Решение задач с. 266-267.

Домашнее задание

№ 77, стр. 223. задача 1.

Дополнительный материал

М. В. Ломоносов писал: «Нельзя также отрицать движение там, где глаз его не видит. Кто будет отрицать, что движутся листья и ветви в лесу при сильном ветре, хотя глазами он не заметит никакого движения. Как здесь из-за отдаленности, так и в горячих телах; вследствие малости частичек вещества, движение скрыто от взоров».

Из трудов английского физика и химика Роберта Бойля «Когда кузнец поспешно выковывает гвоздь или какую-нибудь вещь из железа, металл при этом необыкновенно сильно нагревается, и так как здесь, кроме сильных ударов молотка, ничего особенного не происходит, то эти удары приводят частицы железа в движение; железо, будучи предварительно холодным, делается благодаря внутренним движениям частиц «При вколачивании гвоздя в дерево шляпка его только после большого числа ударов молотка немного нагревается. Но когда гвоздь вбит, то достаточно нескольких ударов, чтобы нагреть шляпку. Действительно, в первом случае каждый удар молотка вгоняет гвоздь в дерево, производя таким образом поступательное движение всего гвоздя по известному направлению. Во втором случае, когда движение гвоздя прекратилось, эти удары, не будучи способны ни к тому, чтобы дальше вгонять гвоздь, ни к тому, чтобы разбить его на части, идут только на то, чтобы приводить в движение частицы гвоздя, а это движение и составляет сущность теплоты».