Внутренняя энергия. Работа в термодинамике. Количество теплоты Дома:§77,78,79

Вы видите взлетающую ракету. Она совершает работу – поднимает необходимый груз. Кинетическая энергия ракеты возрастает, так как по мере подъема ракета приобретает все большую скорость. Потенциальная энергия ракеты также возрастает, так как она все выше поднимается над Землей. Следовательно, сумма этих энергий, то есть механическая энергия ракеты, тоже увеличивается.

Мы помним, что при совершении телом работы его энергия уменьшается. Однако ракета совершает работу, а ее энергия не уменьшается, а увеличивается! В чем же разгадка противоречия? Оказывается, что кроме механической энергии, существует еще один вид энергии – внутренняя энергия. Именно за счет внутренней энергии сгорающего в ракете топлива она совершает механическую работу (поднимает необходимый груз) и, кроме того, увеличивает свою механическую энергию.

Не только горючие, но и горячие тела обладают внутренней энергией, которую можно легко превратить в механическую работу. Проделаем опыт. Нагреем в кипятке гирю и поставим на жестяную коробочку, присоединенную к манометру. По мере того, как воздух в коробочке будет прогреваться, жидкость в манометре будет передвигаться. Расширяющийся воздух совершает над ней работу.

За счет какой энергии это происходит? Разумеется, за счет внутренней энергии гири. Следовательно, в этом опыте мы наблюдаем превращение внутренней энергии тела в механическую работу. Заметим, что механическая энергия гири в этом опыте не менялась.

Посчитать внутреннюю энергию как U = Е к N + Е p N, используя МКТ довольно трудно. Внутренняя энергия идеального газа (одноатомного) газа т.к. молекулы (гелий, неон, аргон) совершают только поступательное движение.

Работа в термодинамике A' = F' ( h 2 - h 1 ); F' = p S; A' = p S ( h 2 - h 1 ) = p ( S h 2 - S h 1 ) = p ( V 2 - V 1 ) = p V A' = p V F' - сила, с которой газ действует на поршень F - сила, действующая на газ со стороны внешнего тела

р - const работа численно равна площади фигуры ( в выбранном масштабе ), закрашенной на рисунке A' = p V; A' = S abcd Геометрическое истолкование работы

A' = S abcd При изменении объёма газа часто меняется и его давление. Пусть давление газа уменьшается, выделим небольшие изменения объема V и на концы каждого участка опустим перпендикуляры. Если V достаточно малы, то получившиеся полоски можно считать прямоугольниками. Площадь каждого из них равна p V. Из таких малых прямоугольников складывается вся площадь под графиком зависимости давления от объема. Значит площадь под кривой и выражает в выбранном масштабе работу силы давления газа при его расширении от V 1 до V 2

Самостоятельная работа Задача 1. На сколько градусов нагреется стальной шарик при падении с высоты 10 м, если вся механическая энергия идет на его нагревание? (0,2 о С). Задача 2. В ванну налили 20 кг горячей воды при температуре 80 о С и 10 кг воды при температуре 5 о С. Температура смеси оказалась равной 55 о С. Определите количество теплоты, отданное горячей водой, и количество теплоты, полученное холодной водой. Сравните и объясните результаты расчета. (2, Дж)