Métodos para cambiar la energía interna y su descripción.

La energía interna se puede cambiar de dos maneras.

Si se realiza trabajo sobre un cuerpo, su energía interna aumenta.

Si el cuerpo mismo hace el trabajo, su energía interna disminuye.

Hay tres tipos simples (elementales) de transferencia de calor:

Conductividad térmica

Convección

La convección es el fenómeno de transferencia de calor en líquidos o gases, o medios granulares mediante flujos de materia. Hay un llamado Convección natural, que ocurre espontáneamente en una sustancia cuando se calienta de manera desigual en un campo gravitacional. Con tal convección, las capas inferiores de la sustancia se calientan, se vuelven más ligeras y flotan, y las capas superiores, por el contrario, se enfrían, se vuelven más pesadas y se hunden, después de lo cual el proceso se repite una y otra vez.

La radiación térmica o radiación es la transferencia de energía de un cuerpo a otro en forma de ondas electromagnéticas debido a su energía térmica.

Energía interna de un gas ideal.

Según la definición de gas ideal, no tiene un componente potencial de energía interna (no existen fuerzas de interacción molecular, excepto las de choque). Por tanto, la energía interna de un gas ideal representa sólo la energía cinética de movimiento de sus moléculas. Anteriormente (ecuación 2.10) se demostró que la energía cinética del movimiento de traslación de las moléculas de gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.

Usando la expresión de la constante universal de los gases (4.6), podemos determinar el valor de la constante α.

Por tanto, la energía cinética del movimiento de traslación de una molécula de un gas ideal estará determinada por la expresión.

De acuerdo con la teoría cinética, la distribución de energía entre grados de libertad es uniforme. El movimiento de traslación tiene 3 grados de libertad. En consecuencia, un grado de libertad de movimiento de una molécula de gas representará 1/3 de su energía cinética.

Para moléculas de gas dos, tres y poliatómicas, además de los grados de libertad del movimiento de traslación, existen grados de libertad del movimiento de rotación de la molécula. Para las moléculas de gas diatómico, el número de grados de libertad del movimiento de rotación es 2, para tres y moléculas poliatómicas: 3.

Dado que la distribución de la energía de movimiento de una molécula en todos los grados de libertad es uniforme y el número de moléculas en un kilomol de gas es igual a Nμ, la energía interna de un kilomol de un gas ideal se puede obtener multiplicando la expresión (4.11) por el número de moléculas en un kilomol y por el número de grados de libertad de movimiento de una molécula de un gas dado.

donde Uμ es la energía interna de un kilomol de gas en J/kmol, i es el número de grados de libertad de movimiento de una molécula de gas.

Para 1 - gas atómico i = 3, para 2 - gas atómico i = 5, para 3 - gases atómicos y poliatómicos i = 6.

Corriente eléctrica. Condiciones para la existencia de corriente eléctrica. CEM. Ley de Ohm para un circuito completo. Trabajo y potencia actual. Ley de Joule-Lenz.

Entre las condiciones necesarias para la existencia de una corriente eléctrica se encuentran: la presencia de cargas eléctricas libres en el medio y la creación de un campo eléctrico en el medio. Es necesario un campo eléctrico en un medio para crear un movimiento direccional de cargas libres. Como se sabe, una carga q en un campo eléctrico de intensidad E actúa sobre una fuerza F = qE, que hace que las cargas libres se muevan en la dirección del campo eléctrico. Un signo de la existencia de un campo eléctrico en un conductor es la presencia de una diferencia de potencial distinta de cero entre dos puntos cualesquiera del conductor.

Sin embargo, las fuerzas eléctricas no pueden mantener una corriente eléctrica durante mucho tiempo. El movimiento dirigido de cargas eléctricas después de un tiempo conduce a la igualación de potenciales en los extremos del conductor y, en consecuencia, a la desaparición del campo eléctrico en él. Para mantener la corriente en un circuito eléctrico, las cargas deben estar sujetas a fuerzas de naturaleza no eléctrica (fuerzas externas) además de las fuerzas de Coulomb. Un dispositivo que crea fuerzas externas, mantiene una diferencia de potencial en un circuito y convierte varios tipos de energía en energía eléctrica se llama fuente de corriente.

Condiciones para la existencia de corriente eléctrica:

presencia de transportistas gratuitos

·presencia de diferencia de potencial. estas son las condiciones para la aparición de la corriente. para que exista la corriente

· circuito cerrado

·una fuente de fuerzas externas que mantiene la diferencia de potencial.

Cualquier fuerza que actúe sobre partículas cargadas eléctricamente, con excepción de las fuerzas electrostáticas (de Coulomb), se denomina fuerza extraña.

Fuerza electromotriz.

La fuerza electromotriz (EMF) es una cantidad física escalar que caracteriza el trabajo de fuerzas externas (no potenciales) en fuentes de corriente continua o alterna. En un circuito conductor cerrado, la FEM es igual al trabajo de estas fuerzas para mover una sola carga positiva a lo largo del circuito.

La unidad de EMF, al igual que el voltaje, es el voltio. Podemos hablar de fuerza electromotriz en cualquier parte del circuito. La fuerza electromotriz de una celda galvánica es numéricamente igual al trabajo de las fuerzas externas al mover una única carga positiva dentro del elemento desde su polo negativo al positivo. El signo de la EMF se determina dependiendo de la dirección de derivación elegida arbitrariamente de la sección del circuito donde se enciende la fuente de corriente.

Ley de Ohm para un circuito completo.

Consideremos el circuito completo más simple que consta de una fuente de corriente y una resistencia con resistencia R. Una fuente de corriente que tiene una fem ε tiene una resistencia r, se llama resistencia interna de la fuente de corriente. Para obtener la ley de Ohm para un circuito completo, utilizamos la ley de conservación de la energía.

Deje que una carga q pase a través de la sección transversal del conductor durante un tiempo Δt. Entonces, según la fórmula, el trabajo realizado por fuerzas externas al mover una carga q es igual a . De la definición de intensidad actual tenemos: q = IΔt. Por eso, .

Debido al trabajo de fuerzas externas, cuando la corriente pasa a través del circuito, se libera una cantidad de calor en sus secciones externa e interna del circuito, de acuerdo con la ley de Joule-Lenz. igual:

Según la ley de conservación de la energía, A st = Q, por lo tanto, por lo tanto, la fem de la fuente de corriente es igual a la suma de las caídas de voltaje en las secciones externa e interna del circuito.

1. Hay dos tipos de energía mecánica: cinética y potencial. Cualquier cuerpo en movimiento tiene energía cinética; es directamente proporcional a la masa del cuerpo y al cuadrado de su velocidad. Los cuerpos que interactúan entre sí tienen energía potencial. La energía potencial de un cuerpo que interactúa con la Tierra es directamente proporcional a su masa y a la distancia entre
él y la superficie de la Tierra.

La suma de la energía cinética y potencial de un cuerpo se llama energía mecánica total.. Por tanto, la energía mecánica total depende de la velocidad de movimiento del cuerpo y de su posición con respecto al cuerpo con el que interactúa.

Si un cuerpo tiene energía, entonces puede realizar un trabajo. Cuando se realiza trabajo, la energía del cuerpo cambia. El valor del trabajo es igual al cambio de energía..

2. Si se bombea aire a un frasco de paredes gruesas cerrado con un tapón, cuyo fondo está cubierto con agua (Fig. 67), después de un tiempo el tapón saldrá volando del frasco y se formará niebla en el frasco.

Esto se explica por el hecho de que en el aire del frasco hay vapor de agua, que se forma cuando el agua se evapora. La aparición de niebla significa que el vapor se ha convertido en agua, es decir condensado, y esto puede suceder cuando la temperatura baja. En consecuencia, la temperatura del aire en el frasco disminuyó.

La razón de esto es la siguiente. El corcho salió volando del frasco porque el aire actuó sobre él con cierta fuerza. El aire funcionó cuando salió el enchufe. Se sabe que un cuerpo puede realizar trabajo si tiene energía. Por tanto, el aire del frasco tiene energía.

A medida que el aire realizaba trabajo, su temperatura disminuía y su condición cambiaba. Al mismo tiempo, la energía mecánica del aire no cambió: ni su velocidad ni su posición con respecto a la Tierra cambiaron. En consecuencia, el trabajo no se realizó mediante energía mecánica, sino mediante otra energía. Esta energía es energía interna aire en el frasco.

3. La energía interna de un cuerpo es la suma de la energía cinética de movimiento de sus moléculas y la energía potencial de su interacción.

Las moléculas tienen energía cinética ​\((E_к) \) , ya que están en movimiento, y energía potencial \((E_п) \) , ya que interactúan.

La energía interna se denota con la letra ​\(U\) ​. La unidad de energía interna es 1 julio (1 J).

\[ U=E_к+E_п \]

4. Cuanto mayor es la velocidad de movimiento de las moléculas, mayor es la temperatura corporal, por lo tanto, La energía interna depende de la temperatura corporal.. Para transformar una sustancia de un estado sólido a un estado líquido, por ejemplo, para convertir el hielo en agua, es necesario suministrarle energía. En consecuencia, el agua tendrá más energía interna que el hielo de la misma masa y, por tanto, La energía interna depende del estado de agregación del cuerpo..

La energía interna de un cuerpo no depende de su movimiento en su conjunto ni de su interacción con otros cuerpos. Así, la energía interna de una pelota que yace sobre la mesa y en el suelo es la misma, como la de una pelota parada y rodando por el suelo (si, por supuesto, descuidamos la resistencia a su movimiento).

El cambio de energía interna se puede juzgar por el valor del trabajo realizado. Además, dado que la energía interna de un cuerpo depende de su temperatura, se puede utilizar un cambio en la temperatura del cuerpo para juzgar el cambio en su energía interna.

5. La energía interna se puede cambiar realizando trabajo. Así, en el experimento descrito, la energía interna del aire y el vapor de agua en el frasco disminuyó a medida que realizaban el trabajo de empujar el tapón. Al mismo tiempo, la temperatura del aire y del vapor de agua disminuyó, como lo demuestra la aparición de niebla.

Si golpeas un trozo de plomo varias veces con un martillo, incluso al tacto podrás saber que el trozo de plomo se calentará. En consecuencia, su energía interna, así como la energía interna del martillo, aumentaron. Esto sucedió porque se trabajó en un trozo de plomo.

Si el cuerpo mismo realiza trabajo, entonces su energía interna disminuye, y si se realiza trabajo sobre él, entonces su energía interna aumenta.

Si viertes agua caliente en un vaso de agua fría, la temperatura del agua caliente disminuirá y la temperatura del agua fría aumentará. En este caso no se realiza ningún trabajo, pero la energía interna del agua caliente disminuye, como lo demuestra una disminución de su temperatura.

Como al principio la temperatura del agua caliente era mayor que la temperatura del agua fría, la energía interna del agua caliente es mayor. Esto significa que las moléculas de agua caliente tienen más energía cinética que las moléculas de agua fría. Las moléculas de agua caliente transfieren esta energía a las moléculas de agua fría durante las colisiones, y la energía cinética de las moléculas de agua fría aumenta. La energía cinética de las moléculas de agua caliente disminuye.

En el ejemplo considerado, no se realiza trabajo mecánico; la energía interna de los cuerpos cambia en transferencia de calor.

La transferencia de calor es el método de cambiar la energía interna de un cuerpo transfiriendo energía de una parte del cuerpo a otra o de un cuerpo a otro sin realizar trabajo.

Parte 1

1. La energía interna de un gas en un recipiente sellado de volumen constante está determinada por

1) movimiento caótico de moléculas de gas
2) movimiento de todo el recipiente con gas
3) interacción del buque con el gas y la Tierra
4) la acción de fuerzas externas sobre un recipiente con gas

2. La energía interna de un cuerpo depende de

a) peso corporal
B) posición del cuerpo en relación con la superficie de la Tierra
B) la velocidad del movimiento del cuerpo (en ausencia de fricción)

respuesta correcta

1) sólo una
2) solo B
3) solo B
4) solo B y C

3. La energía interna de un cuerpo no depende de

a) temperatura corporal
b) peso corporal
B) posición del cuerpo en relación con la superficie de la Tierra

respuesta correcta

1) sólo una
2) solo B
3) solo B
4) sólo A y B

4. ¿Cómo cambia la energía interna de un cuerpo cuando se calienta?

1) aumenta
2) disminuye
3) para gases aumenta, para sólidos y líquidos no cambia
4) no cambia para gases, aumenta para sólidos y líquidos

5. La energía interna de una moneda aumenta si

1) calentar en agua caliente
2) sumergir en agua de la misma temperatura
3) haz que se mueva a cierta velocidad
4) elevarse sobre la superficie de la Tierra

6. Un vaso de agua está sobre una mesa de la habitación y otro vaso de agua de la misma masa y la misma temperatura está sobre un estante que cuelga a una altura de 80 cm con respecto a la mesa. La energía interna de un vaso de agua sobre la mesa es

1) energía interna del agua en el estante
2) más energía interna del agua en el estante
3) menos energía interna del agua en el estante
4) igual a cero

7. Después de sumergir la parte caliente en agua fría, la energía interna

1) ambas partes y el agua aumentarán
2) ambas partes y el agua disminuirán
3) las partes disminuirán y el agua aumentará
4) las partes aumentarán y el agua disminuirá

8. Un vaso de agua está sobre la mesa de la habitación y otro vaso de agua de la misma masa y la misma temperatura está en un avión que vuela a una velocidad de 800 km/h. Energía interna del agua en un avión.

1) igual a la energía interna del agua en la habitación
2) más energía interna del agua en la habitación
3) menos energía interna del agua en la habitación
4) igual a cero

9. Después de verter agua caliente en una taza que está sobre la mesa, la energía interna

1) tazas y agua aumentaron
2) tazas y agua disminuyeron
3) las tazas disminuyeron y el agua aumentó
4) las tazas aumentaron y el agua disminuyó

10. La temperatura corporal puede aumentar si

R. Trabaja en ello.
B. Dale un poco de calidez.

respuesta correcta

1) sólo una
2) solo B
3) tanto A como B
4) ni A ni B

11. La bola de plomo se enfría en el frigorífico. ¿Cómo cambian la energía interna de la pelota, su masa y la densidad de la sustancia de la pelota? Para cada cantidad física, determine la naturaleza correspondiente del cambio. Escribe los números seleccionados para cada cantidad física en la tabla. Los números de la respuesta pueden repetirse.

CANTIDAD FÍSICA
a) energía interna
segundo) masa
segundo) densidad

NATURALEZA DEL CAMBIO
1) aumenta
2) disminuye
3) no cambia

12. Se bombea aire a la botella y se cierra herméticamente con un tapón. En algún momento el corcho sale volando de la botella. ¿Qué sucede con el volumen de aire, su energía interna y su temperatura? Para cada cantidad física, determine la naturaleza de su cambio. Escribe los números seleccionados para cada cantidad física en la tabla. Los números de la respuesta pueden repetirse.

CANTIDAD FÍSICA
a) volumen
B) energía interna
segundo) temperatura

NATURALEZA DEL CAMBIO
1) aumenta
2) disminuye
3) no cambia

Respuestas

Para resolver problemas prácticos, no es la energía interna en sí la que juega un papel importante, sino su cambio Δ Ud. = Ud. 2 - Ud. 1. El cambio de energía interna se calcula basándose en las leyes de conservación de la energía.

La energía interna de un cuerpo puede cambiar de dos maneras:

1. Al finalizar trabajo mecanico.

a) Si una fuerza externa provoca la deformación de un cuerpo, entonces las distancias entre las partículas que lo componen cambian y, por tanto, cambia la energía potencial de interacción de las partículas. Durante las deformaciones inelásticas, además, la temperatura corporal cambia, es decir. la energía cinética del movimiento térmico de las partículas cambia. Pero cuando un cuerpo se deforma, se realiza trabajo, que es una medida del cambio en la energía interna del cuerpo.

b) La energía interna de un cuerpo también cambia durante su colisión inelástica con otro cuerpo. Como vimos anteriormente, durante una colisión inelástica de cuerpos, su energía cinética disminuye, se convierte en energía interna (por ejemplo, si golpea varias veces con un martillo un cable que se encuentra sobre un yunque, el cable se calentará). La medida del cambio en la energía cinética de un cuerpo es, según el teorema de la energía cinética, el trabajo de las fuerzas actuantes. Este trabajo también puede servir como medida de los cambios en la energía interna.

c) Un cambio en la energía interna de un cuerpo se produce bajo la influencia de la fricción, ya que, como se sabe por experiencia, la fricción siempre va acompañada de un cambio en la temperatura de los cuerpos que se frotan. El trabajo realizado por la fuerza de fricción puede servir como medida del cambio de energía interna.

2. Usando intercambio de calor. Por ejemplo, si se coloca un cuerpo en la llama de un quemador, su temperatura cambiará, por lo tanto, su energía interna también cambiará. Sin embargo, aquí no se realizó ningún trabajo, porque no se observó ningún movimiento visible ni del cuerpo en sí ni de sus partes.

Un cambio en la energía interna de un sistema sin realizar trabajo se llama intercambio de calor(transferencia de calor).

Hay tres tipos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación.

A) Conductividad térmica es el proceso de intercambio de calor entre cuerpos (o partes de un cuerpo) durante su contacto directo, provocado por el movimiento térmico caótico de partículas corporales. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la amplitud de las vibraciones de las moléculas de un cuerpo sólido. La conductividad térmica de los gases se debe al intercambio de energía entre las moléculas de gas durante sus colisiones. En el caso de los líquidos ambos mecanismos funcionan. La conductividad térmica de una sustancia es máxima en estado sólido y mínima en estado gaseoso.

b) Convección Representa la transferencia de calor mediante flujos calentados de líquido o gas desde unas áreas del volumen que ocupan a otras.

c) Intercambio de calor en radiación lleva a cabo a distancia mediante ondas electromagnéticas.

Consideremos con más detalle las formas de cambiar la energía interna.

cantidad de calor

Como es sabido, durante diversos procesos mecánicos se produce un cambio de energía mecánica. W.. Una medida del cambio de energía mecánica es el trabajo de las fuerzas aplicadas al sistema:

Durante el intercambio de calor se produce un cambio en la energía interna del cuerpo. Una medida del cambio de energía interna durante la transferencia de calor es la cantidad de calor.

cantidad de calor es una medida del cambio de energía interna durante la transferencia de calor.

Por tanto, tanto el trabajo como la cantidad de calor caracterizan el cambio de energía, pero no son idénticos a la energía interna. No caracterizan el estado del sistema en sí (como lo hace la energía interna), pero determinan el proceso de transición de energía de un tipo a otro (de un cuerpo a otro) cuando cambia el estado y dependen significativamente de la naturaleza del proceso.

La principal diferencia entre trabajo y calor es que

§ trabajo caracteriza el proceso de cambio de la energía interna de un sistema, acompañado de la transformación de energía de un tipo a otro (de mecánica a interna);

§ la cantidad de calor caracteriza el proceso de transferencia de energía interna de un cuerpo a otro (de más calentado a menos calentado), no acompañado de transformaciones de energía.

§ Capacidad calorífica, la cantidad de calor consumida para cambiar la temperatura en 1°C. Según una definición más estricta, capacidad calorífica- cantidad termodinámica determinada por la expresión:

§ donde Δ q- la cantidad de calor impartida al sistema y provocando que su temperatura cambie en Delta T; Relación de diferencias finitas Δ q/ΔТ se llama promedio capacidad calorífica, la relación de cantidades infinitesimales d Q/dT- verdadero capacidad calorífica. desde d q no es un diferencial completo de la función de estado, entonces capacidad calorífica Depende del camino de transición entre dos estados del sistema. Distinguir capacidad calorífica sistema en su conjunto (J/K), específico capacidad calorífica[J/(g·K)], molar capacidad calorífica[J/(mol·K)]. Todas las fórmulas siguientes utilizan cantidades molares capacidad calorífica.

Pregunta 32:

La energía interna se puede cambiar de dos maneras.

La cantidad de calor (Q) es el cambio en la energía interna de un cuerpo que se produce como resultado de la transferencia de calor.

La cantidad de calor se mide en unidades del SI en julios.
[Q] = 1J.

La capacidad calorífica específica de una sustancia muestra cuánto calor se necesita para cambiar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia determinada en 1 °C.
Unidad SI de capacidad calorífica específica:
[c] = 1 J/kg°C.

Pregunta 33:

33 La primera ley de la termodinámica es la cantidad de calor que recibe un sistema para cambiar su energía interna y realizar trabajo sobre cuerpos externos. dQ=dU+dA, donde dQ es la cantidad elemental de calor, dA es el trabajo elemental, dU es el incremento de energía interna. Aplicación de la primera ley de la termodinámica a los isoprocesos.
Entre los procesos de equilibrio que ocurren en los sistemas termodinámicos se destacan los siguientes: isoprocesos, en el que uno de los principales parámetros de estado permanece constante.
proceso isocórico (V=constante). Diagrama de este proceso. (isocora) en coordenadas pag, V se representa como una línea recta paralela al eje de ordenadas (Fig. 81), donde el proceso 1-2 hay calentamiento isocórico, y 1 -3 - enfriamiento isocórico. En un proceso isocórico, el gas no realiza trabajo sobre cuerpos externos, proceso isotérmico (t=constante). Como ya se indicó en el § 41, el proceso isotérmico se describe mediante la ley de Boyle-Mariotte.
, para que la temperatura no disminuya durante la expansión del gas, se debe suministrar al gas una cantidad de calor equivalente al trabajo externo de expansión durante un proceso isotérmico.

Pregunta 34:

34 adiabático Es un proceso en el que no hay intercambio de calor ( dQ= 0)entre el sistema y el medio ambiente. Todos los procesos rápidos se pueden clasificar como procesos adiabáticos. Por ejemplo, el proceso de propagación del sonido en un medio puede considerarse un proceso adiabático, ya que la velocidad de propagación de una onda sonora es tan alta que el intercambio de energía entre la onda y el medio no tiene tiempo de ocurrir. Los procesos adiabáticos se utilizan en motores de combustión interna (expansión y compresión de la mezcla combustible en cilindros), en unidades de refrigeración, etc.
De la primera ley de la termodinámica ( dQ= d U+dA) para un proceso adiabático se deduce que
p /С V =γ , encontramos

Integrando la ecuación en el rango de p 1 a p 2 y, en consecuencia, de V 1 a V 2, y potenciando, llegamos a la expresión

Como los estados 1 y 2 se eligen arbitrariamente, podemos escribir

Energía interna del cuerpo no puede ser un valor constante. Puede cambiar en cualquier cuerpo. Si aumenta la temperatura corporal, entonces su energía interna aumentará, porque la velocidad promedio de las moléculas aumentará. Así, aumenta la energía cinética de las moléculas del cuerpo. Y, a la inversa, a medida que disminuye la temperatura, disminuye la energía interna del cuerpo.

Podemos concluir: La energía interna de un cuerpo cambia si cambia la velocidad de movimiento de las moléculas. Intentemos determinar qué método se puede utilizar para aumentar o disminuir la velocidad de movimiento de las moléculas. Considere el siguiente experimento. Conectemos un tubo de latón con paredes delgadas al soporte. Llene el tubo con éter y ciérrelo con un tapón. Luego lo atamos con una cuerda y comenzamos a mover intensamente la cuerda en diferentes direcciones. Después de un cierto tiempo, el éter hervirá y la fuerza del vapor expulsará el tapón. La experiencia demuestra que la energía interna de la sustancia (éter) ha aumentado: después de todo, ha cambiado su temperatura, al mismo tiempo que hierve.

El aumento de energía interna se produjo debido al trabajo realizado al frotar el tubo con una cuerda.

Como sabemos, el calentamiento de los cuerpos también puede producirse durante los impactos, la flexión o la extensión o, más simplemente, durante la deformación. En todos los ejemplos dados, la energía interna del cuerpo aumenta.

Por tanto, la energía interna del cuerpo se puede aumentar realizando trabajo sobre el cuerpo.

Si el trabajo lo realiza el propio cuerpo, su energía interna disminuye.

Consideremos otro experimento.

Bombeamos aire a un recipiente de vidrio que tiene paredes gruesas y se cierra con un tapón a través de un orificio especialmente hecho en él.

Después de un tiempo, el corcho saldrá volando del recipiente. En el momento en que el tapón salga volando del barco, podremos ver la formación de niebla. En consecuencia, su formación significa que el aire del recipiente se ha enfriado. El aire comprimido que se encuentra en el recipiente realiza una cierta cantidad de trabajo al sacar el tapón. Realiza este trabajo debido a su energía interna, que se reduce. Se pueden sacar conclusiones sobre la disminución de la energía interna basándose en el enfriamiento del aire en el recipiente. De este modo, La energía interna de un cuerpo se puede cambiar realizando cierto trabajo.

Sin embargo, la energía interna se puede cambiar de otra forma, sin realizar trabajo. Consideremos un ejemplo: el agua en una tetera que está sobre la estufa está hirviendo. El aire, así como otros objetos de la habitación, se calientan mediante un radiador central. En tales casos, la energía interna aumenta, porque la temperatura corporal aumenta. Pero el trabajo no ha terminado. Entonces, concluimos Es posible que no se produzca un cambio en la energía interna debido a la realización de un trabajo específico.

Veamos otro ejemplo.

Coloca una aguja de tejer de metal en un vaso de agua. La energía cinética de las moléculas de agua caliente es mayor que la energía cinética de las partículas metálicas frías. Las moléculas de agua caliente transferirán parte de su energía cinética a las partículas de metal frías. Así, la energía de las moléculas de agua disminuirá en cierta forma, mientras que la energía de las partículas metálicas aumentará. La temperatura del agua bajará y la temperatura de la aguja de tejer disminuirá lentamente. aumentará. En el futuro, la diferencia entre la temperatura de la aguja de tejer y el agua desaparecerá. Debido a esta experiencia, vimos un cambio en la energía interna de varios cuerpos. Concluimos: La energía interna de varios cuerpos cambia debido a la transferencia de calor.

El proceso de convertir energía interna sin realizar un trabajo específico sobre el cuerpo o el cuerpo mismo se llama transferencia de calor.

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Lección de física en octavo grado sobre el tema: "Energía interna. Formas de cambiar la energía interna"

Objetivos de la lección:

• Formación del concepto de “energía interna del cuerpo” a partir del MCT de la estructura de la materia.
• Familiarización con formas de cambiar la energía interna del cuerpo.
• Formación del concepto de “transferencia de calor” y capacidad de aplicar el conocimiento de MCT de la estructura de la materia para explicar los fenómenos térmicos.
• Desarrollar el interés por la física mediante la demostración de ejemplos interesantes de la manifestación de fenómenos térmicos en la naturaleza y la tecnología.
• Justificación de la necesidad de estudiar los fenómenos térmicos para aplicar estos conocimientos en la vida cotidiana.
• Desarrollo de competencias en información y comunicación de los estudiantes.

Tipo de lección. Lección combinada.

Tipo de lección. Lección - presentación

Formato de lección.Conversación interactiva, experimento de demostración, cuento, trabajo independiente.

Formas de trabajo de los estudiantes.Trabajo en equipo, trabajo individual, trabajo en grupo.

Equipo: Presentación electrónica “Energía interna. Métodos de cambio de energía interna", computadora, proyector.

Progreso de la lección

Momento organizacional.Buenas tardes Hoy en la lección nos familiarizaremos con otro tipo de energía, descubriremos de qué depende y cómo se puede cambiar.

Actualización de conocimientos.

• Repetición de conceptos básicos: energía, energía cinética y potencial, trabajo mecánico.

Aprender material nuevo.

Maestro . Además de los conceptos mencionados anteriormente, también conviene recordar que existen dos tiposenergía mecánicapueden transformarse (transicionar) entre sí, por ejemplo, cuando un cuerpo cae. Considere una pelota que cae libremente. Evidentemente al caer su altura sobre la superficie disminuye y su velocidad aumenta, esto quiere decir que su energía potencial disminuye y su energía cinética aumenta. Debe entenderse que estos dos procesos no ocurren por separado, están interconectados y dicen quela energía potencial se convierte en energía cinética.

Para entender qué es la energía interna de un cuerpo es necesario responder a la siguiente pregunta: ¿de qué están hechos todos los cuerpos?

Estudiantes . Los cuerpos están formados por partículas que se mueven continuamente de forma caótica e interactúan entre sí.

Maestro . Y si se mueven e interactúan, entonces tienen energía cinética y potencial, que constituyen energía interna.

Estudiantes. Resulta que todos los cuerpos tienen la misma energía interna, lo que significa que la temperatura debe ser la misma. Pero esto no es así.

Maestro. Por supuesto que no. Los cuerpos tienen diferentes energías internas, e intentaremos descubrir de qué depende y de qué no depende la energía interna de un cuerpo.

Definición.

Energía cinéticamovimientos de partículas yenergía potencialsus interacciones constituyenenergía interna del cuerpo.

La energía interna se denota pory se mide, como todos los demás tipos de energía, en J (julios).

En consecuencia, tenemos una fórmula para la energía interna del cuerpo:. donde debajo se refiere a la energía cinética de las partículas del cuerpo, y por– su energía potencial.

Recordemos la lección anterior, en la que hablamos de que el movimiento de las partículas de un cuerpo se caracteriza por su temperatura, en cambio, la energía interna del cuerpo está relacionada con la naturaleza (actividad) del movimiento de partículas. Por tanto, la energía interna y la temperatura son conceptos interrelacionados. Cuando la temperatura corporal aumenta, también aumenta su energía interna, y cuando disminuye, disminuye.

Descubrimos que la energía interna del cuerpo puede cambiar. Consideremos formas de cambiar la energía interna del cuerpo.

Ya estás familiarizado con el concepto de trabajo mecánico de un cuerpo; está asociado al movimiento de un cuerpo cuando se le aplica una determinada fuerza. Si se realiza un trabajo mecánico, entonces la energía del cuerpo cambia, y lo mismo puede decirse específicamente de la energía interna del cuerpo. Es conveniente representar esto en un diagrama:

Maestro El método para aumentar la energía interna de un cuerpo mediante la fricción es conocido por la gente desde la antigüedad. Así es como la gente hacía fuego. Cuando se trabaja en talleres, por ejemplo, girando piezas con una lima, ¿qué se puede observar? (Las piezas se calentaron). Cuando una persona tiene frío, comienza a temblar involuntariamente. ¿Por qué crees? (Al temblar, se producen contracciones musculares. Debido al trabajo de los músculos, la energía interna del cuerpo aumenta y se calienta.). ¿Qué conclusión se puede sacar de lo dicho?

Estudiantes . La energía interna de un cuerpo cambia cuando se realiza trabajo. Si el cuerpo mismo realiza trabajo, su energía interna disminuye, y si se realiza trabajo sobre él, entonces su energía interna aumenta.

Maestro . En la tecnología, la industria y la práctica cotidiana, nos encontramos constantemente con cambios en la energía interna de un cuerpo al realizar un trabajo: calentamiento de los cuerpos durante la forja, durante el impacto; realizar trabajos con aire comprimido o vapor.

Relajémonos un poco y al mismo tiempo aprendamos algunos datos interesantes de la historia de los fenómenos térmicos (dos alumnos dan mensajes breves preparados de antemano).

Mensaje 1. Cómo se realizaron los milagros.

El antiguo mecánico griego Garza de Alejandría, inventor de la fuente que lleva su nombre, nos dejó una descripción de dos ingeniosas formas en que los sacerdotes egipcios engañaban al pueblo haciéndole creer en los milagros.
En la Figura 1 se ve un altar de metal hueco, y debajo de él un mecanismo escondido en el calabozo que mueve las puertas del templo. El altar estaba fuera de él. Cuando se enciende un fuego, el aire dentro del altar, debido al calentamiento, ejerce más presión sobre el agua en el recipiente escondido debajo del piso; Desde el recipiente, el agua sale a través de un tubo y se vierte en un balde que, cuando se baja, activa un mecanismo que hace girar las puertas (Fig. 2). Los espectadores asombrados, sin darse cuenta de la instalación escondida bajo el suelo, ven un “milagro” frente a ellos: tan pronto como el fuego arde en el altar, las puertas del templo, “escuchando las oraciones del sacerdote”, se disuelven como si por ellos mismos...

Exponiendo el “milagro” de los sacerdotes egipcios: las puertas del templo se abren por la acción del fuego sacrificial.

Mensaje 2. Cómo se realizaron los milagros.

Otro milagro imaginario realizado por los sacerdotes se muestra en la Fig. 3. Cuando una llama arde en el altar, el aire, al expandirse, extrae el aceite del depósito inferior hacia los tubos escondidos dentro de las figuras de los sacerdotes, y luego el aceite milagrosamente se agrega al fuego... Pero tan pronto como el sacerdote a cargo de este altar quitó silenciosamente el tapón del depósito de la tapa y el derrame de aceite se detuvo (porque el exceso de aire se escapó libremente a través del agujero); Los sacerdotes recurrían a este truco cuando las ofrendas de los fieles eran demasiado escasas.

Maestro. ¡Qué familiarizados estamos todos con el té de la mañana! Es muy agradable preparar té, verter azúcar en una taza y beber un poco con una cuchara pequeña. Sólo una cosa es mala: ¡la cuchara está demasiado caliente! ¿Qué pasó con la cuchara? ¿Por qué le subió la temperatura? ¿Por qué aumentó su energía interna? ¿Hemos trabajado en ello?

Estudiantes . No, no lo hicieron.

Maestro . Averigüemos por qué ocurrió el cambio en la energía interna.

Inicialmente, la temperatura del agua es mayor que la temperatura de la cuchara y, por tanto, la velocidad de las moléculas de agua es mayor. Esto significa que las moléculas de agua tienen más energía cinética que las partículas del metal del que está hecha la cuchara. Cuando chocan con partículas metálicas, las moléculas de agua les transfieren parte de su energía, y la energía cinética de las partículas metálicas aumenta y la energía cinética de las moléculas de agua disminuye. Este método de cambiar la energía interna de los cuerpos se llama transferencia de calor . En nuestra vida diaria nos encontramos a menudo con este fenómeno. Por ejemplo, en el agua, al tumbarse en el suelo o en la nieve, el cuerpo se enfría, lo que puede provocar resfriados o congelación. En caso de heladas severas, los patos se sumergen voluntariamente en el agua. ¿Por qué crees? (En caso de heladas severas, la temperatura del agua es significativamente más alta que la temperatura del aire ambiente, por lo que el ave se enfriará menos en el agua que en el aire.). La transferencia de calor ocurre de varias maneras, pero hablaremos de esto en la próxima lección.

Por tanto, hay dos formas posibles de cambiar la energía interna. ¿Cual?

Estudiantes . Rendimiento del trabajo y transferencia de calor.

Consolidación del material estudiado.Ahora veamos qué tan bien has aprendido el nuevo material de la lección de hoy.. Te haré preguntas y tú intentarás responderlas.

Pregunta 1 . Se vierte agua fría en un vaso y la misma cantidad de agua hirviendo en el otro. ¿En qué vaso el agua tiene más energía interna? (En el segundo, porque su temperatura es mayor).

Pregunta 2. Dos barras de cobre tienen la misma temperatura, pero la masa de una es 1 kg y la otra 0,5 kg. ¿Cuál de las dos barras dadas tiene mayor energía interna? (El primero, porque su masa es mayor).

Pregunta 3. El martillo se calienta cuando se golpea, por ejemplo, sobre un yunque o cuando se expone al sol en un caluroso día de verano. Nombra formas de cambiar la energía interna del martillo en ambos casos. (En el primer caso se realiza trabajo y en el segundo transferencia de calor).

Pregunta 4 . Se vierte agua en una taza de metal. ¿Cuál de las siguientes provoca un cambio en la energía interna del agua? (1, 3)

1. Calentar agua en una estufa caliente.
2. Realizar trabajos sobre el agua, llevándola hacia adelante junto con la taza.
3. Realizar trabajos sobre agua mezclándola con una batidora.

Maestro . Y ahora te sugiero que trabajes por tu cuenta. (Los estudiantes se dividen en 6 grupos y el trabajo posterior se realizará en grupos). Frente a ti hay una hoja de papel con tres tareas.

Tarea 1. Qué provoca el cambio en la energía interna de los cuerpos en los siguientes fenómenos:

1. calentar agua con caldera;
2. enfriar los alimentos colocados en el refrigerador;
3. encendido de una cerilla al golpearla contra una caja;
4. fuerte calentamiento y combustión de satélites terrestres artificiales cuando ingresan a las capas más bajas y densas de la atmósfera;
5. si dobla rápidamente el cable en el mismo lugar, primero en una dirección y luego en la otra, este lugar se calienta mucho;
6. cocinando;
7. Si te deslizas rápidamente por un poste o una cuerda, puedes quemarte las manos;
8. calentar el agua de la piscina en un caluroso día de verano;
9. Al clavar un clavo, su cabeza se calienta;
10. Una cerilla se enciende cuando se coloca sobre la llama de una vela.

Para dos grupos – con fricción; los otros dos grupos - durante el impacto y dos grupos más - durante la compresión.

Reflexión.

• ¿Qué cosas nuevas o interesantes aprendiste hoy en clase?
• ¿Cómo aprendiste el material que cubriste?
• ¿Cuáles fueron las dificultades? ¿Conseguiste superarlos?
• ¿Le resultarán útiles los conocimientos adquiridos en la lección de hoy?

Resumiendo la lección.Hoy nos familiarizamos con los conceptos básicos de la sección "Fenómenos térmicos": energía interna y transferencia de calor y nos familiarizamos con las formas de cambiar la energía interna de los cuerpos. Los conocimientos adquiridos te ayudarán a explicar y predecir el curso de los procesos térmicos que encontrarás en tu vida.

Tarea. § 2, 3. Tareas experimentales:

1. Utilice un termómetro casero para medir la temperatura del agua vertida en un frasco o botella.
   Cierre bien el recipiente y agítelo vigorosamente durante 10 a 15 minutos, luego mida la temperatura nuevamente.
   Para evitar la transferencia de calor de sus manos, use guantes o envuelva el recipiente en una toalla.
   ¿Qué método para cambiar la energía interna usaste? Explicar.
2. Tome una banda elástica atada con un anillo, aplíquela en la frente y observe su temperatura. Sosteniendo la goma con los dedos, estírela vigorosamente varias veces y, cuando esté estirada, presiónela nuevamente contra su frente. Saque una conclusión sobre la temperatura y las razones que provocaron el cambio.

Avance:

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