Способы изменения внутренней энергии. Теплообмен.

Внутренняя энергия — это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.
Внутренняя энергия зависит от температуры тела, его агрегатного состояния, от химических, атомных и ядерных реакций. Она не зависит ни от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел.
Внутреннюю энергию можно изменить путем совершения работы и теплопередачи. Если над телом совершается работа, то внутренняя энергия тела увеличивается; если же это тело совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается.
т. е. чтобы изменить внутреннюю энергию тела, нужно изменить его температуру.
Увеличение внутренней энергии можно понаблюдать на интересном опыте «Воздушное огниво». В прозрачный цилиндр с толстыми стенками из оргстекла помещают маленький кусочек ваты. Вдвигают в цилиндр поршень и резким движением опускают его вниз. За счёт совершенной работы внутренняя энергия воздуха при сжатии возрастает, увеличивается его температура, в результате чего вата воспламеняется.

ТЕПЛООБМЕН (передача тепловой энергии), процесс переноса теплоты от одного объекта к другому. Перенос происходит в течение времени, когда два или более тела при разных температурах находятся в термоконтакте. Различают три вида теплообмена: ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, КОНВЕКЦИЯ и ИЗЛУЧЕНИЕ. При теплопроводности перенос тепла происходит от молекулы к молекуле внутри тела, как например у железного прута, вставленного в огонь. При конвекции тепло переносится циркуляцией жидкости или газа, как при кипении. При излучении тепло передается в виде электромагнитных волн, как солнечный свет. Теплообменные процессы являются неотъемлемой частью многих производственных процессов, когда тепловая энергия от одного источника передается другому без их объединения. Наиболее простой пример теплообмена — использование теплопередачи, когда система труб с развитой внешней поверхностью и протекающей внутри горячей жидкостью погружена в контейнер, через который течет другая, холодная жидкость, и в результате теплообмена тепло передается от горячей жидкости к холодной.

Работа газа.

Газообразные вещества способны значительно изменять свой объем. При этом силы давления совершают определенную механическую работу. Например, если газ подвергается сжатию в цилиндре под поршнем, то внешние силы совершают над газом некоторую положительную работу A '. В то же время силы давления, действующие со стороны газа на поршень, совершают работу A = – A '. Если объем газа изменился на малую величину V, то газ совершает работу pSΔ x = pΔ V, где p – давление газа, S – площадь поршня, Δ x – его перемещение. При расширении работа, совершаемая газом, положительна, при сжатии – отрицательна. В общем случае при переходе из некоторого начального состояния (1) в конечное состояние (2) работа газа выражается формулой:

или в пределе при Δ Vi → 0:

I начало термодинамики.

Сумма кинетической энергии теплового движения частиц вещества и потенциальной энергии их взаимодействия называ­ется внутренней энергией тела: U = Ek + Еp, Ek — средняя кинети­ческая энергия всех частиц, а Е_р — потенциальная энергия взаимодействия частиц. Известно, что Ek зависит от темпера­туры тела, а Е_р — от его объема. В случае идеального газа потенциальная энергия взаимодействия молекул отсутствует и внутренняя энергия равна сумме кинетических энергий хаотиче­ского теплового движения всех молекул газа. В результате для одноатомного газа имеем: U = (3/2)ν RT = (3/2)PV

Изменение внутренней энергии тела (системы тел) опреде­ляется первым законом (началом) термодинамики. Изменение внутренней энергии системы Δ U при переходе ее из одного со­стояния в другое равно сумме работы внешних сил А’ и коли­чества теплоты Q, переданного системе: Δ U = А’ + Q.

По-другому это закон можно формулировать так: для того чтобы изменит внутреннюю энергию тела (повысить температуру тела), нужно либо совершить над ним работу, либо передать какое-либо количество теплоты ему. Например, если мы хотим согреть руки, то можно погреть их у батареи, либо потереть друг об друга (совершить над ними работу).

Работа самой системы над внешними телами А = —А′, т.е. равна работе внешних сил над системой со знаком минус. Поэтому Q = Δ U + А, т. е. количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на работу системы над внешними силами (обе формулировки равноправны).

Первый закон термодинамики — это обобщение закона со­хранения и превращения энергии для термодинамической систе­мы. Из него следует, что в изолированной системе внутренняя энергия сохраняется при любых процессах (поскольку для изо­лированной системы А’ = 0 и Q = 0, значит, Δ U = 0,

т. е. U = const).

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Абсолютные и относительные показатели изменения структуры
2. Азональность – проявление внутренней энергии Земли
3. Анализ внешней и внутренней среды
4. АНОМАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ФАЗЫ МАТЕРИИ
5. Биохимические и структурные изменения
6. Введение. Глюкоза является главным клеточным « топливом» при анаэробном получении энергии. Наиболее важную роль при сбраживании глюкозы играют два пути: молочнокислое и спиртовое брожение.
7. Влияние изменения силы резания на точность обработки.
8. Влияние изменения трудоемкости
9. Внешняя критика в сравнении с внутренней
10. Внутренней (холодной) водопроводной сети
11. Внушенные органические изменения
12. Во время последней встречи с автором этой книги м-р Эдмандс был здоров и полон энергии.