Способы изменения внутренней энергии

Урок № 3. Тема: Способы изменения внутренней энергии тела.

Цель урока: рассмотреть способы изменения внутренней энергии; дать понятие теплопередачи.

Демонстрации:

1. Опыт по нагреванию жидкости в латунной трубке.

2. Опыт по выдавливанию пробки из сосуда при помощи воздушного насоса.

Ход урока

Повторение. Проверка домашнего задания

1. Может ли тело, обладая внутренней энергией, не иметь механи­ческую энергию? Приведите примеры.

2. Может ли тело иметь механическую энергию, но не иметь внут­ренней?

3. Всегда ли выполняется закон сохранения механической энергии? Полной энергии?

Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Демонстрация опытов.

2. Механическая работа как причина изменения внутренней энергии.

3. Изменение внутренней энергии путем теплопередачи.

1. Демонстрация опыта.

Освещение нового материала логично начать с показа опыта по на­греванию эфира в латунной трубке при помощи суровой нити или прочной тканевой ленты. При этом не следует допускать вылета пробки ш отвер­стия. Касаясь стенок трубки, легко заметить, что температура эфира увели­чилась. Следовательно, при нагревании тела внутренняя энергия молекул увеличивается.

1. Механическая работа как причина изменения внутренней энергии

Данный опыт показывает, что внутреннюю энергию можно увеличить за счет совершения механической работы над телом.

Именно такой способ добычи огня использовали наши предки. За счет трения при быстром вращении сухой кусок дерева нагревался более чем на 250°С, и загорался.

Говоря о возможности увеличения внутренней энергии за счет соверше­ния работы, следует особо отметить, что существует и обратный процесс. Если тело само совершает работу, то при этом его внутренняя энергия уменьшается.

Подкрепляя данный тезис, можно показать опыт, описанный и проил­люстрированный в учебнике на с. 9, рис. 5. Появление тумана в сосуде в момент вылета пробки указывает на уменьшение температуры воздуха. Следова­тельно, воздух совершил работу по выталкиванию пробки за счет своей внутренней энергии.

1. Теплопередача

Есть еще один способ изменения внутренней энергии.

Нагревание чашки, в которую налили горячую воду, камня, брошенного в огонь - все это увеличивает внутреннюю энергию тел. Работа при этом не совершается.

Опр. Изменение внутренней энергии тел без совершения над телами работы, называется теплопередачей.

Физика этого процесса проста. При взаимодействии молекул горячей воды с молекулами стенок холодной чашки молекулы воды при ударах пе­редают часть своей кинетической энергии. При этом скорость молекул чашки увеличивается, а скорость молекул воды падает.

Как только температуры чашки и воды станут равными, теплообмен прекращается.

Следует обратить внимание на тот факт, что при теплопередаче (тепло­обмене) энергия всегда передается от горячего тела к холодному, т. е. от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой. Обратный процесс сам собой никогда не происходит.

Чтобы количественно оценивать изменение внутренней энергии, вводят понятие количества теплоты.

Опр. Та энергия, которую тело отдает или получает в результате тепло­обмена, называется количеством теплоты.

Очевидно, что Q измеряется, как и энергия, в джоулях: [Q] = Дж.

Закрепление материала

Вывод: существует два способа изменения внутренней энергии:

1. за счет совершения механической работы;

2. за счет теплопередачи.

Эти способы равноправны. Мы никогда не можем угадать, за счет чего увеличилась температура тела. Это может быть и результат теплообмена, и результат совершения работы над телом.

Таким образом, изменение внутренней энергии тела всегда происходит за счет энергии других тел: либо при теплопередаче (за счет изменения внутренней энергии), либо при совершении работы (за счет механической энергии).

Домашнее задание: §3 учебника; вопросы и задания к параграфу; № 929, 934.