Способы изменения внутренней энергии — О’Пять пО физике!
Связь внутренней
энергии с температурой
Кинетическая
энергия движения частиц и потенциальная энергия их взаимодействия составляют внутреннюю
энергию тела.
Внутренняя
энергия тела не является постоянной величиной и связана с изменением
температуры тела:
1. при
повышении температуры внутренняя энергия тела увеличивается, т.к. молекулы тела
начинают активнее двигаться, расстояние между ними увеличивается и возрастает
их кинетическая и потенциальная энергия;
2. при
понижении температуры внутренняя энергия тела уменьшается, т.к. молекулы тела
начинают двигаться менее активно, расстояние между ними уменьшается и
понижается их кинетическая и потенциальная энергия.
Таким
образом, температура – это главная характеристика внутренней энергии тела.
История развития
представлений об изменении внутренней энергии
Перед тем,
как рассмотреть конкретные возможные причины процесса изменения внутренней
энергии тела заметим, что теория, которая связывает энергию движения и
взаимодействия частиц со внутренней энергией тела, сложилась не сразу.
Например,
почти до конца XIX века считалось, что существует такая условная субстанция,
как теплород. Считалось, что когда теплород втекает в тело, то его температура
увеличивается, как и внутренняя энергия, а когда вытекает, температура с
внутренней энергией уменьшается. Понятие теплорода было введено в конце XVIII
века Лавуазье, а уже на рубеже XVIII и XIX веков были проведены первые
эксперименты, подтверждавшие несостоятельность этой теории.
Кроме того,
для описания процесса сжигания топлива существовала аналогичная теория, которая
говорила, что существует такая гипотетическая материя, как флогистон.
Считалось, что он содержится во всех горючих веществах и при их горении
высвобождается и дает высокую температуру. Термин был введен впервые в начале
XVIII века учеными Иоганном Бехером и Георгом Шталем. Позже и теория флогистона была
раскритикована и сегодня не упоминается в научных трудах, как и теория теплорода.
Мы будем
рассматривать возможные варианты изменения внутренней энергии с точки зрения
развития науки, поэтому сначала обсудим изменение внутренней энергии из-за совершения
работы.
Убедиться в том, что совершение работы влияет на процесс изменения
внутренней энергии, можно на простом опыте – потрите руки друг о друга, и вы
заметите, как ладони нагреваются, это и будет свидетельствовать об изменении
внутренней энергии. Что демонстрирует этот опыт? Он наглядно демонстрирует, что
при совершении механической работы (трение ладоней) повышается их внутренняя
энергия.
Изменение
внутренней энергии вследствие совершения работы
Вы уже
знакомы с понятием механическая работа тела, она связана с перемещением тела
при приложении к нему определенной силы. Если совершается механическая работа,
то меняется энергия тела, аналогичное можно утверждать конкретно про внутреннюю
энергию тела. Это удобно изобразить на схеме:
Первые опыты
по доказательству несостоятельности теории теплорода и подтверждению влияния
процесса совершения работы на изменение внутренней энергии тела провел
английский инженер и физик Бенджамин Румфорд, который в конце XVIII века при
изготовлении пушек занимался сверлением их ствола.
Он заметил, что при
высверливании канала в пушечном стволе выделяется большое количество тепла.
Чтобы точно исследовать это явление, Румфорд проделал опыт по сверлению канала
в цилиндре, выточенном из пушечного металла. В высверленный канал помещали
тупое сверло, плотно прижатое к стенкам канала и приводившееся во вращение
конской тягой. Термометр, вставленный в цилиндр, показал, что за 30 минут
операции температура резко поднялась. Румфорд повторил опыт, погрузив цилиндр и
сверло в сосуд с водой (см. Рис. 1). В процессе сверления вода нагревалась
и спустя 2,5 часа закипала. Румфорд объяснил это явление с помощью
представления о теплоте как особом виде движения.
Рис. 1.
Опыт Румфорда по нагреванию воды из-за трения сверла.
Опыт
Румфорда доказал, что процесс совершения работы оказывает непосредственное
влияние изменение внутренней энергии тела, и внутренняя энергия тела может быть
изменена при совершении работы.
Таким
образом, работа является мерой изменения внутренней энергии при превращении
механической энергии во внутреннюю или внутренней энергии в механическую.
Изменение
внутренней энергии вследствие теплопередачи
Второй
способ изменения внутренней энергии тела мы можем легко наблюдать каждый день в
повседневной жизни, и он был давно всем известен – это теплопередача.
Теплопередача – это процесс изменения внутренней
энергии без совершения работы над телом или самим телом.
Процессы
теплопередачи делятся на три вида, которые удобно изобразить на схеме:
Более
подробно о каждом из этих видов теплопередачи мы поговорим на последующих
уроках.
Отметим, что
процессы теплопередачи и совершения работы, как правило, протекают параллельно
и одновременно влияют на изменение у тела внутренней энергии.
Теперь мы
можем изобразить два варианты изменения внутренней энергии тела на схеме:
На следующем
уроке мы уделим особое внимание описанию процесса теплопроводности при
теплопередаче.
Способы измерения внутренней энергии» | План-конспект занятия по физике (8 класс): 
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/61fd060a-7c48-4b39-9817-7d92a1924a49/8_71.swfПрезентация к уроку физики 8 класс «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии»
в презентации представлен материал по теме физика 8 класса по теме «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии» с элементами использования английского языка.
Просмотр содержимого документа
«Презентация к уроку физики 8 класс «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии»»
Тема урока: «Внутренняя энергия.
Способы изменения внутренней энергии» физика 8 класс.
подготовила:
учитель физики
КГУ «Школа-лицей № 20 г. Темиртау»
Ветковская Н. А.
Взаимопроверка
1
Э
2
3
Н
4
Е
5
Р
Г
6
7
И
Я
Внутренняя энергия. Internal energy. Способы изменения внутренней энергии тела. Methods of changing the internal energy of the body.
1. what types of energy do you know? 2. in what units is energy measured?
ЭНЕРГИЯ
Кинетическая-
энергия движения
kinetic energy —
energy of motion
Потенциальная – энергия взаимодействия
potential energy —
interaction energy
Внутренняя энергия – это … .
Внутренняя энергия обозначается буквой … .
Единица измерения внутренней энергии … ..
- Заполните таблицу
- Начертите схему
Внутренняя энергия
зависит от
не зависит от
Способы изменения внутренней энергии
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b7971-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/1_2.swf Внутренняя энергия – кинетическая энергия движения молекул и потенциальная энергия их взаимодействия.
СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ
совершение работы
Теплопередача
accomplishment of work
heat transfer
Используйте выражения
In this case, the internal energy is changed by heat transfer
In this case, the internal energy is changed by doing the work
Examples of changes in internal energy
- Мука из-под жерновов выходит горячей
- Хлеб из печи выходит горячим
- Человек греет руки, потирая их
- Человек греет руки, дыша на них
- Спичка загорается в пламени свечи
- Гвоздь нагревается от ударов молотка
- При сверлении отверстия сверло нагревается
- Вода во время шторма всегда теплее, чем до него
- Нагревание термометра при измерении температуры человека
- Нагревание пилы во время пилки дров
1.
Внутренняя энергия и способы её изменения
ТЕМА.
ТЕМА Лекция 8. Работа газа в циклическом процессе. Тепловые двигатели. Цикл Карно. Матрончик Алексей Юрьевич кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей физики НИЯУ МИФИ, эксперт ГИА-11 по
Подробнее
ПОДГОТОВКА К ЕГЭ по ФИЗИКЕ
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» ПОДГОТОВКА К ЕГЭ по ФИЗИКЕ Лекция 8. Внутренняя энергия газа. Первый закон термодинамики. Работа газа в циклическом процессе. Тепловые двигатели
Подробнее
Занятие 8.
Термодинамика
Занятие 8. Термодинамика Вариант 4… Как изменяется внутренняя энергия идеального газа при повышении его температуры?. Увеличивается. Уменьшается. Не изменяется 4. Это не связанные величины 4… Давление
Подробнее
Учитель: Горшкова Л.А. МБОУ СОШ 44 г. Сургут
Учитель: Горшкова Л.А. МБОУ СОШ 44 г. Сургут Цель: повторение основных понятий, законов и формул ТЕРМОДИНАМИКИ в соответствии с кодификатором ЕГЭ 1. Тепловое равновесие и температура. 2. Внутренняя энергия.
Подробнее
Тема 8 Второе начало термодинамики
Тема 8 Второе начало термодинамики. Тепловые машины. Цикл Карно.. Теоремы Карно. К.п.д. цикла Карно.. Различные формулировки второго начала термодинамики.. еосуществимость вечных двигателей.. Тепловые
Подробнее
ИТТ Вариант 1 ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ
ИТТ- 10.
5.1 Вариант 1 ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ 1. Тело, состоящее из атомов или молекул, обладает: 1) Кинетической энергией беспорядочного теплового движения частиц. 2) Потенциальной энергией взаимодействия
Подробнее
Основные законы и формулы
2.3. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ Основные законы и формулы Термодинамика исследует тепловые свойства газов, жидкостей и твёрдых тел. Физическая система в термодинамике (её обычно называют термодинамической) представляет
Подробнее
v — среднее значение квадрата скорости
Теоретическая справка к лекции 3 Основы молекулярно-кинетической теории (МКТ) Газы принимают форму сосуда и полностью заполняют объѐм, ограниченный непроницаемыми для газа стенками Стремясь расшириться,
Подробнее
/ /11
Вариант 3580291 1. Задание 9 7729 Идеальный газ медленно переводят из состояния 1 в состояние 3.
Процесс 1 2 3 представлен на графике зависимости давления газа p от его объёма V (см. рисунок). Считая,
Подробнее
Тема: Тепловые машины. Энтропия
Тема: Тепловые машины Энтропия Основные понятия и определения Самопроизвольным называется процесс, происходящий без воздействия внешних сил В природе существует два вида термодинамических процессов: атимые
Подробнее
Авторский урок «Тепловые двигатели»
Авторский урок «Тепловые двигатели» Выборных Ирина Валентиновна, учитель физики. Цель урока: 1. Сформировать у обучающихся следующие понятия: тепловой двигатель, КПД теплового двигателя, КПД идеальной
Подробнее
Открытый банк заданий ЕГЭ
Воздушный шар объемом 2500 м 3 с массой оболочки 400 кг имеет внизу отверстие, через которое воздух в шаре нагревается горелкой.
Какова максимальная масса груза, который может поднять шар, если воздух
Подробнее
ЦИКЛИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. ТЕПЛОВАЯ МАШИНА
Сегодня среда, 9 июля 04 г. ЦИКЛИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. ТЕПЛОВАЯ МАШИНА Лекция 5 Содержание лекции: *Прямой цикл. Тепловая машина *Коэффициент полезного действия тепловой машины *Цикл Карно. Теоремы Карно *Обратный
Подробнее
ИТТ Вариант 2 ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ
ИТТ- 10.5.2 Вариант 2 ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ 1. Тело, состоящее из атомов или молекул, обладает: 1) Кинетической энергией беспорядочного теплового движения частиц. 2) Потенциальной энергией взаимодействия
Подробнее
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 2 ВАРИАНТ 1
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 2 ВАРИАНТ 1 1. В закрытом сосуде объемом 20 л содержатся водород массой 6 г и гелий массой 12 г.
Определить: 1) давление; 2) молярную массу газовой смеси в сосуде, если температура смеси
Подробнее
СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА ТЕРМОДИНАМИКА
СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА ТЕРМОДИНАМИКА Распределение Максвелла Начала термодинамики Цикл Карно Распределение Максвелла В газе, находящемся в состоянии равновесия, устанавливается некоторое стационарное, не
Подробнее
MODULE: ФИЗИКА (ТЕРМОДИНАМИКА_МОДУЛЬ 2)
Education Quality Assurance Centre Институт Группа ФИО MODULE: ФИЗИКА (ТЕРМОДИНАМИКА_МОДУЛЬ 2) Ответ Вопрос Базовый билет Нас 1 2 Броуновское движение это движение 1) молекул жидкости 3) мельчайших частиц
Подробнее
Основные положения термодинамики
Основные положения термодинамики (по учебнику А.В.Грачева и др. Физика: 10 класс) Термодинамической системой называют совокупность очень большого числа частиц (сравнимого с числом Авогадро N A 6 10 3 (моль)
Подробнее
Отложенные задания (81)
Отложенные задания (81) На стол поставили две одинаковые бутылки, наполненные равным количеством воды комнатной температуры.
Одна из них завернута в мокрое полотенце, другая в сухое. Измерив через некоторое
Подробнее
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВТОРОГО ЗАКОНА
План лекции:. Основные положения второго закона. Термодинамические циклы. Цикл Карно 4. Теорема Карно 5. Интеграл Клаузиуса 6. Энтропия (физический смысл энтропии) ТЕРМОДИНАМИКА Лекция 5. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Подробнее
6.1.3 Изменение внутренней энергии тела:
Лекции. 6.1.1 Связь средней энергии одной частицы вещества и температуры. Степени свободы. Ранее мы говорили о том, что средняя кинетическая энергия энерги поступательного движения молекул идеального газа
Подробнее
ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА План лекции:. Взаимодействие системы с окружающей средой. Уравнение первого закона термодинамики.
Основные термодинамические процессы 3. Основные положения второго закона 4. Термодинамические
Подробнее
Глава 6 Основы термодинамики 29
Глава 6 Основы термодинамики 9 Число степеней свободы молекулы Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул Внутренняя энергия U это энергия хаотического движения микрочастиц системы
Подробнее
Использование Интернета делает процесс познания более интересным и творческим, обеспечивает развитие личности, ориентирующейся в информационном пространстве и обладающей информационной культурой.
6
Предлагает учащимся самостоятельно с использованием ЭОР проследить, как зависит внутренняя энергия от температуры тела. 
school-collection.edu.ru/dlrstore/669b7972-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/1_3.swf
Какая ещё наука изучает тепловые явления?
Рассматриваются примеры двух способов на рисунках презентации.
Где солнце пригреет, там и снег потемнеет.
Внутренняя энергия тел. Способы изменения внутренней энергии. Виды теплопередачи.
Тема: Внутренняя энергия тел. Способы изменения внутренней энергии.
Виды теплопередачи.
Тип урока: урок изучения нового материала.
Цель урока: — сформировать понятие внутренней энергии как суммы кинетической энергии движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия;
— познакомит учащихся с двумя способами изменения внутренней энергии;
— ввести понятие теплопередачи, конвекции, излучения как способов теплообмена;
— формировать умение наблюдать, анализировать явления природы, делать выводы.
Структура урока.
1.
Организационный момент.
— проверка готовности учащихся к уроку;
— создание оптимально благоприятной атмосферы на уроке(«Мордашки»)
2. Актуализация опорных знаний.
А) Проверка домашнего задания (самопроверка)
Выполнение задания по карточкам.
| А | Б | В | ||
| 1 | 1 б | |||
| 2 | 1 б | |||
| 3 | 1 б | |||
| 4 | 1 б | |||
| 5 | 2 б | |||
Ф.
И. ученика _________________________________________
1 вариант
1. Чем выше температура, тем степень «нагретости»:
А) Больше; Б) Меньше; В) Правильного ответа нет.
2. В воде, температура которой +50С, плавает лёд, температура которого – 50С.
Будет ли происходить теплообмен, если температура воды и льда будет равна 0 0С?
А) Да; Б) Нет; В) Частично
3. При теплообмене более нагретые тела отдают теплоту менее нагретым, при этом их температура:
А) Не изменяется; Б) Выравнивается; В) Уменьшается.
4. Температура 13 0С в абсолютной шкале температур будет равна:
А) – 273 К; Б) 0 К; В) 286 К.
5. Почему при измерении температуры собственного тела человек должен держать термометр несколько минут?
———————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————-
Ф.
И. ученика _________________________________________
2 вариант
1. При теплообмене температура тел:
А) Выравнивается; Б) Не изменяется; В) Правильного ответа нет.
2. В воде, температура которой +50С, плавает лёд, температура которого – 50С.
Будет ли лёд отдавать теплоту воде?
А) Нет; Б) Да; В) Частично
3. Могут ли в природе происходить процессы, когда менее нагретые тела отдают теплоту более нагретым?
А) Да; Б) Нет; В) В некоторых случаях.
4. 4. Температура — 10 0С в абсолютной шкале температур будет равна:
А) – 273 К; Б) 0 К; В) 263 К.
5. Что необходимо сделать, чтобы определит цену деления шкалы термометра?
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
Учащиеся заполняют карточку оценивания на протяжении всего урока
Ф.
И. ученика ______________________________________________________________
| Вид работы | № заданий | Количество баллов | ||||||
| Проверка домашнего задания | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
| Работа в классе | ||||||||
| Самостоятельная работа | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
| На сколько баллов по твоему мнению ты усвоил новый материал? | Внутренняя энергия | |||||||
| Виды теплопередачи | ||||||||
Б) Межпредметные связи.
? Что вы знаете о строении вещества из уроков химии.
Вы уже знаете, что атом имеет сложную структуру. Давайте с вами вспомним строение атома. Для этого заполним небольшую схему.
3. Постановка учебной проблемы.
Какова же тема нашего урока? Мне нужна ваша помощь. Чтобы узнать тему урока нам необходимо разгадать кроссворд.
Вопросы к кроссворду.
1. Как изменяется «нагретость» тела при увеличении температуры?
2. Физическая величина, показывающая, какая работа может быть выполнена при перемещении тела?
3. Как называется величина, которая определяет тепловое состояние тела?
4.
Как называется прибор для измерения температуры?
5. Как называется физическая величина равная произведению силы на путь?
6. Как называются точки шкалы Цельсия, которые соответствуют температурам таяния льда и кипения воды?
7. Как называется энергия, которой обладают движущиеся тела?
8. Физическая величина, которая показывает скорость выполнения работы и равна отношению работы ко времени, за которое эта работа выполняется.
9. Как называется энергия взаимодействия тел?
| 1У | В | Е | Л | И | Ч | И | В | А | Е | Т | С | Я | |||||||||||
| 2 Э | Н | Е | Р | Г | И | Я | |||||||||||||||||
| 3Т | Е | М | П | Е | Р | А | Т | У | Р | А | |||||||||||||
| 4Т | Е | Р | М | О | М | Е | Т | Р | |||||||||||||||
| 5Р | А | Б | О | Т | А | ||||||||||||||||||
| 6 Р | Е | П | Е | Р | Н | Ы | Е | ||||||||||||||||
| 7К | И | Н | Е | Т | И | Ч | Е | С | К | А | Я | ||||||||||||
| 8М | О | Щ | Н | О | С | Т | Ь | ||||||||||||||||
| 9П | О | Т | Е | Н | Ц | И | А | Л | Ь | Н | А | Я | |||||||||||
| Э | Н | Е | Р | Г | И | Я | |||||||||||||||||
4.
Изучение нового материала.
(Фронтальное обсуждение вопросов)
Давайте вспомним:
— Из чего состоят все тела?
— Молекулы движутся или неподвижны?
— Как движутся молекулы?
— От чего и как зависит скорость движения молекул?
— Происходит ли взаимодействие между молекулами?
Мы выяснили, что молекулы движутся хаотически и их скорость зависит от температуры.
ОК Основные положения МКТ
Что такое тепловое движение?
Возьмите жёлтые полоски и попробуйте составить определение теплового движения
ОК Тепловое движение – это хаотическое движение атомов и молекул, скорость которых зависит от температуры.
Если молекулы движутся, значит, они обладают кинетической энергией, а если они движутся хаотически, значит, они сталкиваются друг с другом, т.е. взаимодействуют и обладают потенциальной энергией.
Где находятся молекулы? (внутри тела)
Возьмите розовые полоски и составьте определение внутренней энергии.
ОК Внутренняя энергия – это энергия движения и взаимодействия молекул, из которых состоит тело.
Условное обозначение U. Единицы измерения [U] = Дж
Тепловые явления и процессы происходят, как правило, с изменением внутренней энергии. ∆ U
При нагревании скорость движения молекул увеличивается, а, следовательно, увеличивается их кинетическая энергия, значит увеличивается и внутренняя энергия.
Изменить температуру можно не только в результате передачи теплоты, но и за счёт совершения механической работы.
Например, когда нам холодно, мы потираем руки, и они согреваются, т.к. увеличивается внутренняя энергия.
ОК Внутренняя энергия увеличивается если над телом совершается работа.
Уменьшается, если над телом совершается работа.
Одним из наиболее распространённых тепловых процессов является передача энергии от одних тел другим в результате теплообмена.
ОК Теплопередача – передача энергии от одних тел другим в результате теплообмена.
При теплопередачи происходит либо повышение, либо понижение температуры.
Как осуществляется теплопередача?
Более нагретые тела отдают свою энергию менее нагретым, при этом их температура понижается, а менее нагретые тела принимают энергию при этом нагреваются. Этот процесс происходит до тех пор, пока температуры взаимодействующих тел не выровняются.
ОК От более к менее нагретым.
ОК Количественная характеристика
Условное обозначение
Единицы измерения.
1 кДж = 1000 Дж = 103 Дж
1 МДж = 1 000 000 = 106 Дж
Первоначальное закрепление материала на практике.
Задание ПК
Раньше для измерения количества теплоты применяли единицу, которая наз.калорией.
1 калория равна количеству теплоты, которое необходимо сообщить 1г воды для её нагревания на 1 К.
Сейчас эту единицу используют для определения энергетической ценности пищевых продуктов.
1 кал = 4,19 Дж
1 ккал = 4200 Дж
Первоначальное закрепление материала на практике.
Задание ПК
Слайд 1
Как же происходит передача теплоты?
— Что происходит с ложкой, если её опустить в горячий чай?
— Почему ложка нагревается?
— Одинаково ли нагреются железная и деревянная ложка?
Вывод:
Различные вещества имеют различную теплопроводность. Вещества плохо проводящие теплоту применяют для теплоизоляции.
Слайд 2
ДЕМОНСТРАЦИЯ.
На стержне закреплены при помощи воска кнопки. Конец стержня нагревают и замечают, что кнопки постепенно отпадают.
Вывод:
В твёрдых телах молекулы не могут перемещаться. При нагревании в пламени молекула получают достаточно большую энергию и со временем передают эту энергию соседним, те в свою очередь следующим. Такая передача энергии в результате столкновения частиц происходит как бы по цепочке, и со временем температура всех частей тела выравнивается.
Такой вид теплопередачи наз. теплопроводностью.
ОК Теплопроводность – передача энергии от одной молекулы к другой без переноса самого вещества.
Слайд 3
— Обладают ли теплопроводностью жидкости?
— Где быстрее происходит теплопроводность в жидкостях или газах ? Почему?
— В каких кабинетах теплее, где одно стекло или где двойные стёкла? Почему?
— Верно ли выражение : «Шуба греет».
ОК Где наблюдается:
ДЕМОНСТРАЦИЯ.
1. Нагревание воды с марганцем.
Вывод:
Нижние нагретые слои воды, плотность которых меньше, вытесняются наверх более тяжёлыми холодными слоями, плотность которых больше.
Поскольку имеет место разница плотностей, возникает выталкивающая сила, которая способствует перемещению холодных и тёплых слоёв воды.
Этот процесс происходит до тех пор, пока существует разность температур между слоями жидкости.
Слайд 4
2. Нагревание воды в пробирке сверху до кипения.
— Какое самое холодное место в доме?
— Почему форточки для проветривания делают вверху, а батареи отопления внизу?
Слайд 6
ДЕМОНСТРАЦИЯ.
Вертушка над горелкой.
Вывод:
Происходит перенос энергии потоками жидкости и газа.
Слайд 5
ОК Конвекция – перенос энергии потоками самого вещества.
— Может ли наблюдать конвекция в твёрдых телах? Почему?
ОК. Где наблюдается?
Слайд 7
ОК
Существует особый вид теплообмена, его называют лучистым излучением.
Тепловое излучение обусловлено преобразованием части внутренней энергии тел в энергию излучения; и наоборот, энергия поглощённого теплового излучения превращается во внутреннюю энергию.
ОК
Энергия излучения зависит от : — температуры;
— цвета и состояния поверхности.
ДЕМОНСТРАЦИЯ.
Теплоприемник и жидкостный манометр.
5. Первичное усвоение материала.
Решение задач с комментарием (работа в группах)
Задание ПК
1 группа.
Объясните физический смысл русской пословицы: «Много снега – много хлеба».
2 группа.
Желая охладить кастрюлю с компотом до комнатной температуры как можно быстрее, хозяйка поставила её на лёд. Правильно ли она сделала?
3 группа.
С какой целью на нефтебазах баки для хранения топлива красят серебристой краской?
4 группа.
Во время сильных морозов птицы сидят нахохлившись. Почему они при этом легче переносят холод?
5 группа.
Почему в комнате при температуре 150С нам теплее, чем в воде при температуре 200С7
6 группа
Необходимо быстро охладить бутылку с квасом. Куда для этого следует поместить бутылку: в снег или измельчённый лёд, если температура их одинакова?
7 группа.
Над горящей свечой пушинка быстро поднимается вверх. Почему?
Слайд 8
Постановка проблемной ситуации.
Образование бриза.
6. Проверка усвоения материала.
Проверка понимания и коррекции усвоения учащимися нового материала
(кратковременная самостоятельная работа)
7. Итог урок.
Используя ПК и ОК обобщить и систематизировать знания учащихся.
Слайды: 9, 10,11,12.
8. Домашние задание.
Прочитать и уметь пересказывать параграф.
По желанию: придумать опыты или подобрать материал для демонстрации различных видов теплопередачи.
ПК
Вопросы к кроссворду.
1. Как изменится «нагретость» тела при увеличении температуры?
2. Физическая величина, показывающая, какая работа может быть выполнена при перемещении тела?
3. Как называется величина, которая определяет его тепловое состояние?
4. Как называется прибор для измерения температуры?
5. Как называется физическая величина равная произведению силы на путь?
6. Как называются точки шкалы Цельсия, которые соответствуют температурам таяния льда и кипения воды?
7. Как называется энергия, которой обладают движущиеся тела?
8. Физическая величина, которая показывает скорость выполнения работы и равна отношению работы ко времени, за которое эта работа выполняется.
9. Как называется энергия взаимодействия тел?
| 1 | ||||||||||||||||||||||||
| 2 | ||||||||||||||||||||||||
| 3 | ||||||||||||||||||||||||
| 4 | ||||||||||||||||||||||||
| 5 | ||||||||||||||||||||||||
| 6 | ||||||||||||||||||||||||
| 7 | ||||||||||||||||||||||||
| 8 | ||||||||||||||||||||||||
| 9 | ||||||||||||||||||||||||
| Э | Н | Е | Р | Г | И | Я | ||||||||||||||||||
Задание №1
Перевести в Дж: а) 0,5 кДж; б) 7 кДж; в) 0,000 04 МДж; г) 3 МДж
Задание № 2
1 кал = 4,19 Дж
1 ккал = 4200 Дж
Перевести в Дж: а) 2 кал; б) 3 ккал.
Первичное усвоение материала.
Решение задач с комментарием (работа в малых группах)
Задание
1 группа.
Объясните физический смысл русской пословицы: «Много снега – много хлеба».
Приложение.
Слайд 1
Слайд 2
Слайд 3
Слайд 4
Слайд 5
Слайд 6
Слайд 7
Слайд 8
Слайд 9
Слайд 10
Слайд 11
Слайд 12
Первый закон термодинамики
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Определите первый закон термодинамики.
- Опишите, как сохранение энергии соотносится с первым законом термодинамики.
- Выявить примеры первого закона термодинамики, работающие в повседневных ситуациях, включая биологический метаболизм.
- Рассчитывает изменения внутренней энергии системы после учета теплопередачи и проделанной работы.
Рис. 1. Этот кипящий чайник представляет энергию в движении. Вода в чайнике превращается в водяной пар, потому что тепло передается от плиты к чайнику. По мере того, как вся система нагревается, работа выполняется — от испарения воды до свиста чайника. (кредит: Джина Гамильтон)
Если нас интересует, как теплопередача преобразуется в работу, тогда важен принцип сохранения энергии. Первый закон термодинамики применяет принцип сохранения энергии к системам, в которых передача тепла и выполнение работы являются методами передачи энергии в систему и из нее.Первый закон термодинамики гласит, что изменение внутренней энергии системы равно чистой теплопередаче в систему за вычетом чистой работы, выполненной системой .
В форме уравнения первый закон термодинамики: Δ U = Q — W .
Здесь Δ U — это изменение внутренней энергии U системы. Q — это чистое тепло , , переданное в систему. , то есть Q — это сумма всей теплопередачи в систему и из нее. W — это чистая работа , выполненная системой , то есть W — это сумма всей работы, выполненной в системе или ею. Мы используем следующие условные обозначения: если значение Q положительно, то в системе имеется чистый теплоперенос; если значение W положительное, значит, система выполняет чистую работу. Таким образом, положительный Q добавляет энергию в систему, а положительный W забирает энергию из системы. Таким образом Δ U = Q — Вт .Также обратите внимание, что если в систему передается больше тепла, чем проделанной работы, разница сохраняется как внутренняя энергия.
Тепловые двигатели — хороший тому пример — в них происходит передача тепла, чтобы они могли выполнять свою работу. (См. Рисунок 2.) Теперь мы рассмотрим Q , W и Δ U далее.
Рис. 2. Первый закон термодинамики — это принцип сохранения энергии, установленный для системы, в которой тепло и работа являются методами передачи энергии для системы, находящейся в тепловом равновесии. Q представляет собой чистую теплопередачу — это сумма всех теплопередач в систему и из нее. Q положительно для чистой передачи тепла в систему. W — это общий объем работы, проделанной с системой. W положителен, когда система выполняет больше работы, чем над ней. Изменение внутренней энергии системы Δ U связано с теплом и работой по первому закону термодинамики Δ U = Q — Вт .
Установление связей: закон термодинамики и закон сохранения энергии
Первый закон термодинамики — это закон сохранения энергии, сформулированный в форме, наиболее полезной в термодинамике. Первый закон устанавливает связь между теплопередачей, проделанной работой и изменением внутренней энергии системы.
Нагрев
Q и рабочий Вт
Теплопередача ( Q ) и выполнение работы ( W ) — два повседневных средства подачи энергии в систему или вывода энергии из системы.Процессы совершенно разные. Теплообмен, менее организованный процесс, обусловлен разницей температур. Работа — это вполне организованный процесс, в котором действует макроскопическая сила, действующая на расстоянии. Тем не менее, тепло и работа могут дать одинаковые результаты, например, оба могут вызвать повышение температуры. Передача тепла в систему, например, когда Солнце нагревает воздух в велосипедной шине, может повысить ее температуру, и поэтому может работать над системой, например, когда велосипедист нагнетает воздух в шину.Как только произошло повышение температуры, невозможно сказать, было ли оно вызвано теплопередачей или работой. Эта неопределенность — важный момент. Теплообмен и работа — это энергия в пути, и ни одна из них не хранится как таковая в системе. Однако оба могут изменить внутреннюю энергию U системы. Внутренняя энергия — это форма энергии, полностью отличная от тепла или работы.
Внутренняя энергия
U
Мы можем думать о внутренней энергии системы двумя разными, но последовательными способами.Первый — это атомно-молекулярная точка зрения, которая исследует систему в атомном и молекулярном масштабе. Внутренняя энергия U системы — это сумма кинетической и потенциальной энергий ее атомов и молекул. Напомним, что кинетическая плюс потенциальная энергия называется механической энергией. Таким образом, внутренняя энергия — это сумма атомной и молекулярной механической энергии. Поскольку невозможно отследить все отдельные атомы и молекулы, мы должны иметь дело со средними значениями и распределениями.Второй способ взглянуть на внутреннюю энергию системы — с точки зрения ее макроскопических характеристик, которые очень похожи на средние атомные и молекулярные значения.
Макроскопически мы определяем изменение внутренней энергии Δ U как значение, определяемое первым законом термодинамики: Δ U = Q — Вт .
Многие детальные эксперименты подтвердили, что Δ U = Q — W , где Δ U — изменение полной кинетической и потенциальной энергии всех атомов и молекул в системе.Также экспериментально было определено, что внутренняя энергия U системы зависит только от состояния системы, а не от того, как она достигла этого состояния . Более конкретно, U оказывается функцией нескольких макроскопических величин (например, давления, объема и температуры), независимо от прошлой истории, например от того, была ли проведена теплопередача или была проделана работа. Эта независимость означает, что, зная состояние системы, мы можем рассчитать изменения ее внутренней энергии U на основе нескольких макроскопических переменных.
Установление соединений: макроскопическое и микроскопическое
В термодинамике мы часто используем макроскопическую картину при расчетах поведения системы, в то время как атомная и молекулярная картина дает основные объяснения в терминах средних значений и распределений. Мы еще раз увидим это в следующих разделах этой главы. Например, в теме энтропии расчеты будут производиться с использованием атомно-молекулярного представления.
Чтобы лучше понять, как думать о внутренней энергии системы, давайте рассмотрим систему, переходящую из состояния 1 в состояние 2.Система имеет внутреннюю энергию U 1 в Состоянии 1 и внутреннюю энергию U 2 в Состоянии 2, независимо от того, как она попала в любое из состояний. Таким образом, изменение внутренней энергии Δ U = U 2 — U 1 не зависит от того, что вызвало изменение. Другими словами, Δ U не зависит от пути . Под путем мы подразумеваем способ добраться от начальной точки до конечной точки. Почему важна эта независимость? Обратите внимание, что Δ U = Q — W .И Q , и W зависят от пути , а Δ U — нет. Эта независимость от пути означает, что внутреннюю энергию U легче учитывать, чем теплопередачу или проделанную работу.
Пример 1. Расчет изменения внутренней энергии: одно и то же изменение в
U производится двумя разными процессами
- Предположим, что теплопередача в систему составляет 40,00 Дж, в то время как система выполняет работу 10,00 Дж. Позже появляется теплоотдача 25.00 Дж из системы, в то время как в системе выполняется 4,00 Дж работы. Каково чистое изменение внутренней энергии системы?
- Каково изменение внутренней энергии системы, когда в общей сложности 150,00 Дж теплопередачи происходит из (от) системы и 159,00 Дж работы выполняется в системе? (См. Рисунок 3).
Рисунок 3. Два разных процесса производят одно и то же изменение в системе. (a) Всего в системе происходит передача тепла 15,00 Дж, в то время как работа требует всего 6.00 Дж. Изменение внутренней энергии составляет ΔU = Q-W = 9,00 Дж. (B) При передаче тепла из системы удаляется 150,00 Дж, в то время как работа затрачивает в нее 159,00 Дж, что приводит к увеличению внутренней энергии на 9,00 Дж. Если система начинается в одном и том же состоянии в пунктах (а) и (б), в любом случае она окажется в одном и том же конечном состоянии — ее конечное состояние связано с внутренней энергией, а не с тем, как эта энергия была получена.
Стратегия
В части 1 мы должны сначала найти чистую теплопередачу и чистую работу, выполненную на основе данной информации.Тогда первый закон термодинамики (Δ U = Q — W ) может быть использован для определения изменения внутренней энергии. В части (b) приведены чистая теплопередача и проделанная работа, поэтому уравнение можно использовать напрямую.
Решение для Части 1
Чистая теплопередача — это теплопередача в систему за вычетом теплопередачи из системы, или
Q = 40,00 Дж — 25,00 Дж = 15,00 Дж
Аналогично, общая работа — это работа, выполненная системой за вычетом работы, выполненной в системе, или
Вт = 10.00 Дж — 4,00 Дж = 6,00 Дж.
Таким образом, изменение внутренней энергии определяется первым законом термодинамики:
Δ U = Q — W = 15,00 Дж — 6,00 Дж = 9,00 Дж
Мы также можем найти изменение внутренней энергии для каждого из двух шагов. Сначала рассмотрим 40,00 Дж теплопередачи на входе и 10,00 Дж на выходе, или Δ U 1 = Q 1 — W 1 = 40,00 Дж — 10,00 Дж = 30,00 Дж.
Теперь рассмотрим 25,00 Дж теплоотдачи и 4,00 Дж работы на входе, или
Δ U 2 = Q 2 — W 2 = –25,00 Дж — (- 4,00 Дж) = –21,00 Дж
Общее изменение — это сумма этих двух шагов, или Δ U = Δ U 1 + Δ U 2 = 30,00 Дж + (−21,00 Дж) = 9,00 Дж.
Обсуждение части 1
Неважно, смотрите ли вы на процесс в целом или разбиваете его на этапы, изменение внутренней энергии одинаково.
Решение для Части 2
Здесь чистая теплопередача и общая работа даны непосредственно как Q = –150,00 Дж и Вт = –159,00 Дж, так что
Δ U = Q — W = –150,00 Дж — (- 159,00 Дж) = 9,00 Дж.
Обсуждение части 2
Совершенно другой процесс в части 2 дает такое же изменение внутренней энергии на 9,00 Дж, что и в части 1. Обратите внимание, что изменение в системе в обеих частях связано с Δ U , а не с отдельным Q s или Вт с задействовано.Система оказывается в состоянии , одинаковое в обеих частях. Части 1 и 2 представляют два разных пути, которыми должна следовать система между одними и теми же начальными и конечными точками, и изменение внутренней энергии для каждой из них одинаково — оно не зависит от пути.
Метаболизм человека и первый закон термодинамики
Метаболизм человека — это преобразование пищи в теплообмен, работу и накопленный жир. Метаболизм — интересный пример действия первого закона термодинамики.Теперь мы еще раз посмотрим на эти темы с помощью первого закона термодинамики. Рассматривая тело как систему, представляющую интерес, мы можем использовать первый закон для изучения теплопередачи, выполнения работы и внутренней энергии в различных видах деятельности, от сна до тяжелых упражнений. Каковы некоторые из основных характеристик теплопередачи, выполнения работы и энергии в организме? Во-первых, температура тела обычно поддерживается постоянной за счет передачи тепла в окружающую среду. Это означает, что Q отрицательный. Другой факт: тело обычно работает с внешним миром.Это означает, что W положительный. В таких ситуациях тело теряет внутреннюю энергию, поскольку Δ U = Q — Вт отрицательно.
Теперь рассмотрим эффекты еды. Прием пищи увеличивает внутреннюю энергию тела за счет добавления химической потенциальной энергии (это неромантичный взгляд на хороший стейк). Тело метаболизирует всю пищу, которую мы потребляем. По сути, метаболизм — это процесс окисления, при котором высвобождается химическая потенциальная энергия пищи.Это означает, что питание осуществляется в форме работы. Энергия пищи указывается в специальной единице, известной как калория. Эта энергия измеряется сжиганием пищи в калориметре, как и определяются единицы.
В химии и биохимии одна калория (обозначается строчной c) определяется как энергия (или теплопередача), необходимая для повышения температуры одного грамма чистой воды на один градус Цельсия. Диетологи и любители веса склонны использовать диетических калорий, которые часто называют калориями (пишется с заглавной C).Одна еда Калория — это энергия, необходимая для повышения температуры одного килограмма воды на один градус Цельсия. Это означает, что одна диетическая калория для химика равна одной килокалории, и нужно быть осторожным, чтобы не путать их.
Опять же, рассмотрим внутреннюю энергию, потерянную телом. Эта внутренняя энергия может идти по трем направлениям — на теплопередачу, выполнение работы и накопленный жир (крошечная часть также идет на восстановление и рост клеток). Передача тепла и выполнение работы забирают внутреннюю энергию из тела, а пища возвращает ее.Если вы едите нужное количество пищи, ваша средняя внутренняя энергия остается постоянной. Все, что вы теряете на теплопередачу и выполнение работы, заменяется едой, так что в конечном итоге Δ U = 0. Если вы постоянно переедаете, Δ U всегда положительный, и ваше тело сохраняет эту дополнительную внутреннюю энергию в виде жира. Обратное верно, если вы едите слишком мало. Если Δ U будет отрицательным в течение нескольких дней, то организм усваивает собственный жир, чтобы поддерживать температуру тела и выполнять работу, отнимающую у тела энергию.Именно так соблюдение диеты способствует снижению веса.
Жизнь не всегда так проста, как знает любой человек, сидящий на диете. Организм накапливает жир или метаболизирует его только в том случае, если потребление энергии меняется в течение нескольких дней. После того, как вы сели на основную диету, следующая будет менее успешной, потому что ваше тело изменит способ реагирования на низкое потребление энергии. Ваша основная скорость метаболизма (BMR) — это скорость, с которой пища преобразуется в теплообмен и работу, выполняемую, когда организм находится в полном покое. Организм регулирует базальную скорость метаболизма, чтобы частично компенсировать переедание или недоедание.Организм будет снижать скорость метаболизма, а не устранять собственный жир, чтобы заменить потерянную еду. Вы легче простужаетесь и чувствуете себя менее энергичным в результате более низкой скорости метаболизма, и вы не будете терять вес так быстро, как раньше. Упражнения помогают похудеть, потому что они обеспечивают теплообмен от тела и работы, а также повышают уровень метаболизма, даже когда вы отдыхаете. Снижению веса также способствует довольно низкая эффективность тела в преобразовании внутренней энергии в работу, так что потеря внутренней энергии в результате выполнения работы намного больше, чем проделанная работа.Однако следует отметить, что живые системы не находятся в тепловом равновесии.
Тело дает нам отличный показатель того, что многие термодинамические процессы необратимы . Необратимый процесс может идти в одном направлении, но не в обратном, при заданном наборе условий. Например, хотя телесный жир может быть преобразован для выполнения работы и передачи тепла, работа, выполняемая телом, и передача тепла в него не могут быть преобразованы в телесный жир. В противном случае мы могли бы пропустить обед, загорая или спустившись по лестнице.Другой пример необратимого термодинамического процесса — фотосинтез. Этот процесс представляет собой поглощение растениями одной формы энергии — света — и ее преобразование в химическую потенциальную энергию. Оба применения первого закона термодинамики показаны на рисунке 4. Одно большое преимущество законов сохранения, таких как первый закон термодинамики, состоит в том, что они точно описывают начальную и конечную точки сложных процессов, таких как метаболизм и фотосинтез, без учета осложнения между ними.В таблице 1 представлена сводка терминов, относящихся к первому закону термодинамики.
Рис. 4. (а) Первый закон термодинамики применительно к метаболизму. Тепло, передаваемое из тела (Q), и работа, выполняемая телом (W), удаляют внутреннюю энергию, в то время как прием пищи заменяет ее. (Прием пищи можно рассматривать как работу, выполняемую организмом.) (Б) Растения преобразуют часть лучистой теплопередачи в солнечном свете в запасенную химическую энергию — процесс, называемый фотосинтезом.
| Таблица 1.Краткое изложение терминов первого закона термодинамики, ΔU = Q — W | |
|---|---|
| Срок | Определение |
| U | Внутренняя энергия — сумма кинетической и потенциальной энергий атомов и молекул системы. Можно разделить на множество подкатегорий, таких как тепловая и химическая энергия. Зависит только от состояния системы (например, P , V и T ), а не от того, как энергия поступает в систему.Изменение внутренней энергии не зависит от пути. |
| Q | Тепло — энергия, передаваемая из-за разницы температур. Характеризуется случайным движением молекул. Сильно зависит от пути. Q Вход в систему положительный. |
| Вт | Работа — энергия, передаваемая силой, перемещающейся на расстояние. Организованный, упорядоченный процесс. Зависит от пути. W , выполненный системой (либо против внешней силы, либо для увеличения объема системы), является положительным. |
Сводка раздела
- Первый закон термодинамики задается как Δ U = Q — W , где Δ U — изменение внутренней энергии системы, Q — чистая теплопередача (сумма вся теплопередача в систему и из нее), а W — это чистая проделанная работа (сумма всей работы, проделанной в системе или ею).
- И Q , и W — энергия в пути; только Δ U представляет собой независимую величину, которую можно хранить.
- Внутренняя энергия U системы зависит только от состояния системы, а не от того, как она достигла этого состояния.
- Метаболизм живых организмов и фотосинтез растений — это особые виды передачи тепла, выполнения работы и внутренней энергии систем.
Концептуальные вопросы
- Опишите фотографию чайника в начале этого раздела с точки зрения теплопередачи, проделанной работы и внутренней энергии. Как передается тепло? Какая работа и что делается? Как чайник поддерживает свою внутреннюю энергию?
- Первый закон термодинамики и закон сохранения энергии, как обсуждалось в «Сохранении энергии», явно связаны.Чем они различаются по рассматриваемым видам энергии?
- Теплопередача Q и выполненная работа Вт — это всегда энергия в пути, тогда как внутренняя энергия U — это энергия, запасенная в системе. Приведите пример каждого типа энергии и конкретно укажите, как он передается или находится в системе.
- Чем отличаются теплопередача и внутренняя энергия? В частности, что можно сохранить как таковое в системе, а что нет?
- Если вы сбежите по лестнице и остановитесь, что произойдет с вашей кинетической энергией и вашей начальной гравитационной потенциальной энергией?
- Объясните, как пищевая энергия (калории) может рассматриваться как молекулярная потенциальная энергия (в соответствии с атомарным и молекулярным определением внутренней энергии).
- Определите тип энергии, передаваемой вашему телу в каждом из следующих случаев: внутренняя энергия, теплопередача или выполнение работы: (а) купание в солнечном свете; (б) употребление пищи; (c) подъем на лифте на более высокий этаж.
Задачи и упражнения
- Как изменится внутренняя энергия автомобиля, если в его бак залить 12 галлонов бензина? Энергетическая ценность бензина составляет 1,3 × 10 8 Дж / галлон. Все остальные факторы, например температура в автомобиле, постоянны.
- Сколько тепла происходит от системы, если ее внутренняя энергия уменьшилась на 150 Дж, пока она выполняла 30,0 Дж работы?
- Система выполняет 1,80 × 10 8 Дж работы, в то время как 7,50 × 10 8 Дж теплопередача происходит в окружающую среду. Каково изменение внутренней энергии системы при отсутствии других изменений (например, температуры или добавления топлива)?
- Каково изменение внутренней энергии системы, которая выполняет 4,50 × 10 5 Дж, пока 3.00 × 10 6 Дж происходит теплопередача в системе, а 8.00 × 10 6 Дж теплопередачи происходит в окружающую среду?
- Предположим, что женщина выполняет 500 Дж работы, и 9500 Дж в процессе передачи тепла в окружающую среду. а) Как уменьшается ее внутренняя энергия, если не меняется температура или потребление пищи? (То есть другой передачи энергии нет.) Б) Какова ее эффективность?
- (а) Сколько пищевой энергии человек усвоит в процессе усвоения 35.0 кДж работы при КПД 5,00%? б) Сколько тепла передается в окружающую среду, чтобы поддерживать постоянную температуру?
- (а) Какова средняя скорость метаболизма в ваттах человека, который усваивает 10 500 кДж пищевой энергии за один день? (б) Какое максимальное количество работы в джоулях он может выполнить без расщепления жира, предполагая максимальную эффективность 20,0%? (c) Сравните его производительность с дневной мощностью двигателя 187 Вт (0,250 лошадиных сил).
- (a) На сколько времени хватит энергии в стакане йогурта мощностью 1470 кДж (350 ккал) у женщины, выполняющей работу с мощностью 150 Вт с эффективностью 20?0% (например, при неспешном подъеме по лестнице)? (б) Означает ли время, указанное в части (а), что легко потребить больше пищевой энергии, чем вы можете разумно ожидать, работая с упражнениями?
- (a) Женщина, поднимающаяся на памятник Вашингтону, усваивает 6,00 × 10 2 кДж пищевой энергии. Если ее КПД составляет 18,0%, сколько тепла передается в окружающую среду, чтобы поддерживать ее температуру постоянной? (б) Обсудите величину теплопередачи, указанную в (а). Это согласуется с тем, что вы быстро разминаетесь во время тренировки?
Глоссарий
Первый закон термодинамики: утверждает, что изменение внутренней энергии системы равно чистой теплопередаче в систему за вычетом чистой работы, выполненной системой
внутренняя энергия: сумма кинетической и потенциальной энергий атомов и молекул системы
метаболизм человека: преобразование пищи в теплообмен, работу и накопленный жир
Избранные решения проблем и упражнения
1.1,6 × 10 9 Дж
3. −9.30 × 10 8 Дж
5. (а) -1,0 × 10 4 Дж, или -2,39 ккал; (б) 5,00%
7. (а) 122 Вт; (б) 2,10 × 10 6 Дж; (c) Работа двигателя составляет 1,61 × 10 7 Дж; таким образом, двигатель производит в 7,67 раз больше работы, чем человек
9. (а) 492 кДж; (б) Такое количество тепла соответствует тому факту, что вы быстро согреваетесь во время тренировки. Поскольку организм неэффективен, выделяемое избыточное тепло должно рассеиваться через потоотделение, дыхание и т. Д.
Внутренняя энергия (физика): определение, формула и способы расчета
Обновлено 28 декабря 2020 г.
Ли Джонсон
Когда вы думаете о слове «энергия», вы, вероятно, думаете о чем-то вроде кинетической энергии движущийся объект или, возможно, потенциальная энергия, которой что-то может обладать из-за гравитации.
Однако в микроскопическом масштабе внутренняя энергия , которой обладает объект, более важна, чем эти макроскопические формы энергии.Эта энергия в конечном итоге является результатом движения молекул, и ее, как правило, легче понять и вычислить, если вы рассмотрите упрощенную замкнутую систему, такую как идеальный газ.
Что такое внутренняя энергия системы?
Внутренняя энергия — это полная энергия замкнутой системы молекул или сумма молекулярной кинетической энергии и потенциальной энергии в веществе. Макроскопическая кинетическая и потенциальная энергии не имеют значения для внутренней энергии — если вы переместите всю замкнутую систему или измените ее гравитационную потенциальную энергию, внутренняя энергия останется прежней.
Как и следовало ожидать от микроскопической системы, вычисление кинетической энергии множества молекул и их потенциальной энергии было бы сложной — если не практически невозможной — задачей. Таким образом, на практике вычисления внутренней энергии включают в себя средние значения, а не кропотливый процесс ее прямого вычисления.
Одним из особенно полезных упрощений является рассмотрение газа как «идеального газа», который, как предполагается, не имеет межмолекулярных сил и, следовательно, по существу не имеет потенциальной энергии.Это значительно упрощает процесс расчета внутренней энергии системы, и он не так уж и точен для многих газов.
Внутреннюю энергию иногда называют тепловой энергией, потому что температура, по сути, является мерой внутренней энергии системы — она определяется как средняя кинетическая энергия молекул в системе.
Уравнение внутренней энергии
Уравнение внутренней энергии — это функция состояния, что означает, что его значение в данный момент времени зависит от состояния системы, а не от того, как она туда попала.Для внутренней энергии уравнение зависит от количества молей (или молекул) в замкнутой системе и ее температуры в градусах Кельвина.
Внутренняя энергия идеального газа описывается одним из простейших уравнений:
U = frac {3} {2} nRT
Где n — количество молей, R — число молей. универсальная газовая постоянная и T — температура системы. Газовая постоянная имеет значение R = 8,3145 Дж моль — 1 K — 1 , или около 8.3 джоуля на моль на Кельвин. Это дает значение U в джоулях, как и следовало ожидать от значения энергии, и это имеет смысл, поскольку более высокие температуры и большее количество молей вещества приводят к более высокой внутренней энергии.
Первый закон термодинамики
Первый закон термодинамики — одно из самых полезных уравнений при работе с внутренней энергией, и в нем говорится, что изменение внутренней энергии системы равно количеству тепла, добавляемого к системе, за вычетом работа, выполненная системой (или плюс работа, выполненная в системе ).В символах это:
∆U = Q-W
С этим уравнением действительно просто работать, если вы знаете (или можете рассчитать) теплопередачу и проделанную работу. Однако многие ситуации еще больше упрощают ситуацию. В изотермическом процессе температура постоянна, а поскольку внутренняя энергия является функцией состояния, вы знаете, что изменение внутренней энергии равно нулю. В адиабатическом процессе отсутствует теплопередача между системой и ее окружением, поэтому значение Q равно 0, и уравнение принимает следующий вид:
∆U = -W
Изобарический процесс — это процесс, который происходит при постоянном давлении, а это означает, что проделанная работа равна давлению, умноженному на изменение объема: W = P ∆ V .Изохорные процессы происходят при постоянном объеме, и в этих случаях Вт = 0. Это оставляет изменение внутренней энергии равным теплу, добавленному в систему:
∆U = Q
Даже если вы можете ‘ • упростить задачу одним из этих способов, поскольку для многих процессов работа не выполняется или ее можно легко вычислить, поэтому определение количества полученного или потерянного тепла — это главное, что вам нужно сделать.
1-й закон термодинамики — Chemistry LibreTexts
Чтобы понять и выполнить любой вид термодинамических расчетов, мы должны сначала понять фундаментальные законы и концепции термодинамики.Например, работа и тепло — понятия взаимосвязанные. Тепло — это передача тепловой энергии между двумя телами, находящимися при разных температурах, и не равная тепловой энергии. Работа — это сила, используемая для передачи энергии между системой и ее окружением, которая необходима для создания тепла и передачи тепловой энергии. И работа, и тепло вместе позволяют системам обмениваться энергией. Взаимосвязь между двумя концепциями может быть проанализирована с помощью темы термодинамики, которая представляет собой научное исследование взаимодействия тепла и других типов энергии.
Введение
Чтобы понять взаимосвязь между работой и теплом, нам нужно понять третий, связывающий фактор: изменение внутренней энергии. Энергия не может быть создана или уничтожена, но ее можно преобразовать или передать. Внутренняя энергия относится ко всей энергии в данной системе, включая кинетическую энергию молекул и энергию, хранящуюся во всех химических связях между молекулами. Благодаря взаимодействию тепла, работы и внутренней энергии происходит передача и преобразование энергии каждый раз, когда в системе вносятся изменения.Однако во время этих передач чистая энергия не создается и не теряется.
Закон термодинамики
Первый закон термодинамики гласит, что энергия может быть преобразована из одной формы в другую за счет взаимодействия тепла, работы и внутренней энергии, но она не может быть создана или разрушена ни при каких обстоятельствах. Математически это представлено как
[ Delta U = q + w label {1} ]
с
- (ΔU ) — полное изменение внутренней энергии системы,
- (q ) — теплообмен между системой и ее окружением, а
- (w ) — это работа, выполняемая системой или в ней.
Работа также равна отрицательному внешнему давлению в системе, умноженному на изменение объема:
[w = -p Delta V label {2} ]
где (P ) — внешнее давление на систему, а (ΔV ) — изменение объема. Это конкретно называется работой «давление-объем».
Внутренняя энергия системы уменьшится, если система будет выделять тепло или работать. Следовательно, внутренняя энергия системы увеличивается при увеличении тепла (это может быть сделано путем добавления тепла в систему).Внутренняя энергия также увеличилась бы, если бы работа выполнялась в системе. Любая работа или тепло, входящие в систему или выходящие из нее, изменяют внутреннюю энергию. Однако, поскольку энергия никогда не создается и не разрушается (таким образом, первый закон термодинамики), изменение внутренней энергии всегда равно нулю. Если энергия теряется системой, то она поглощается окружающей средой. Если энергия поглощается системой, то эта энергия была выпущена из окружающей среды:
[ Delta U_ {system} = — Delta U_ {окружение} ]
, где ΔU система — это полная внутренняя энергия в системе, а ΔU окружающей среды — полная энергия окружающей среды.
| Процесс | Знак тепла (q) | Знак работы (w) |
|---|---|---|
| Работа, выполненная системой | НЕТ | – |
| Работа над системой | НЕТ | + |
| Тепло, выделяемое системой — экзотермическое (поглощаемое окружающей средой) | – | НЕТ |
Рисунок выше является наглядным примером Первого закона термодинамики.Синие кубы представляют систему, а желтые круги — окружение системы. Если энергия теряется системой кубов, то она приобретается окружением. Энергия никогда не создается и не уничтожается. Поскольку площадь куба-подсказки уменьшилась, визуальная область желтого круга увеличилась. Это символизирует то, как энергия, потерянная системой, приобретается окружающей средой. Воздействие различного окружения и изменения в системе помогают определить увеличение или уменьшение внутренней энергии, тепла и работы.
| Процесс | Изменение внутренней энергии | Теплопередача тепловой энергии (кв) | Работа (w = -PΔV) | Пример |
|---|---|---|---|---|
| q = 0 Адиабатический | + | 0 | + | Изолированная система, в которой тепло не проникает и не уходит, подобно пенополистиролу |
| ΔV = 0 Постоянный объем | + | + | 0 | Жесткая система с изолированным давлением, такая как калориметр бомбы |
| Постоянное давление | + или — | энтальпия (ΔH) | -PΔV | Большинство процессов происходят при постоянном внешнем давлении |
| ΔT = 0 Изотермический | 0 | + | – | Нет изменений температуры, как в термостате |
Пример ( PageIndex {1} )
Газ в системе имеет постоянное давление.Окружающая среда вокруг системы теряет 62 Дж тепла и выполняет 474 Дж работы с системой. Какова внутренняя энергия системы?
Раствор
Чтобы найти внутреннюю энергию ΔU, мы должны рассмотреть взаимосвязь между системой и окружающей средой. Поскольку Первый закон термодинамики гласит, что энергия не создается и не уничтожается, мы знаем, что все, что теряется в окружающей среде, приобретается системой. Окрестности теряют тепло и работают с системой.Следовательно, q и w положительны в уравнении ΔU = q + w, потому что система накапливает тепло и выполняет работу над собой.
[ begin {align} ΔU & = (62 , J) + (474 , J) [4pt] & = 536 , J end {align} ]
Пример ( PageIndex {2} )
Система имеет постоянный объем (ΔV = 0), а тепло вокруг системы увеличивается на 45 Дж.
- Какой знак тепла (q) для системы?
- Чему равно ΔU?
- Какое значение внутренней энергии системы в Джоулях?
Раствор
Поскольку система имеет постоянный объем (ΔV = 0), член -PΔV = 0 и работа равна нулю.Таким образом, в уравнении ΔU = q + w w = 0 и ΔU = q. Внутренняя энергия равна теплу системы. Окружающее тепло увеличивается, поэтому тепло системы уменьшается, потому что тепло не создается и не разрушается. Таким образом, тепло отводится от системы, делая ее экзотермической и отрицательной. Значение внутренней энергии будет отрицательным значением тепла, поглощаемого окружающей средой.
- отрицательный (q
- ΔU = q + (-PΔV) = q + 0 = q
- ΔU = -45 Дж
Расчет внутренней энергии для идеальных газов
Первый закон термодинамики
В статье «Внутренняя энергия идеальных газов» было подробно объяснено, что в идеальных газах только кинетическая энергия молекул газа существует как внутренняя энергия (тепловая энергия).Согласно первому закону термодинамики, эта внутренняя энергия может быть изменена путем передачи энергии в виде работы (W ) или тепла (Q ):
begin {align}
& boxed { Delta U = W + Q} ~~~~~ text {изменение внутренней энергии} [5px]
end {align}
Согласно распределению Максвелла-Больцмана кинетическая энергия молекул, в свою очередь, напрямую связана с температурой газа. Таким образом, изменение внутренней энергии (изменение кинетической энергии) неизбежно означает изменение температуры.Возникает вопрос, как изменение внутренней энергии ( Delta U ) связано с изменением температуры ( Delta T ).
Предварительные соображения для определения изменения внутренней энергии
Как уже упоминалось, кинетическая теория газов показывает прямую зависимость между средней кинетической энергией молекул в газе и его температурой. Итак, если вы знаете температуру газа (и количество частиц), то с ним напрямую связана определенная внутренняя энергия.Это не зависит от давления или объема газа. Следовательно, изменение внутренней энергии зависит только от изменения температуры.
Таким образом, изменение внутренней энергии во время термодинамического процесса четко определяется в идеальных газах, если известны начальная температура (и, следовательно, начальная энергия) и конечная температура (и, следовательно, конечная энергия). Поэтому изобарический, изохорный, изоэнтропический или любой другой процесс не имеет значения для изменения внутренней энергии.Только изменение температуры определяет изменение внутренней энергии!
Тот факт, что внутренняя энергия зависит только от состояния газа (с точки зрения температуры), а не от типа процесса, делает внутреннюю энергию переменной состояния . В отличие от этого, тепло и работа зависят от термодинамического процесса (будь то изохорный, изотермический, изобарический или изэнтропический) и поэтому считаются величинами процесса .
Итак, если кто-то хочет исследовать взаимосвязь между изменением внутренней энергии и изменением температуры, это можно сделать в принципе с любым термодинамическим процессом.Результаты, полученные в результате этого процесса, справедливы и для любого другого термодинамического процесса, то есть в целом для идеальных газов. На этом этапе изохорный процесс особенно подходит для исследования взаимосвязи, поскольку в этом процессе не выполняется никакой работы с газом или газом. Таким образом, подвод тепла увеличивает внутреннюю энергию на ту же величину, и поэтому его относительно легко исследовать. Более подробно об этом будет сказано в следующем разделе.
Вывод зависимости на примере изохорного процесса
Чтобы определить взаимосвязь между изменением внутренней энергии и изменением температуры, проводится следующий эксперимент.Газ массы (m ) заключен в сосуд постоянного объема. Благодаря передаче тепла температура газа увеличивается, а вместе с ней и внутренняя энергия.
Поскольку объем газа не может измениться во время такого изохорного процесса, энергия не может передаваться как работа путем расширения или сжатия ( (W = 0 )). Согласно первому закону термодинамики тепло (Q ), передаваемое газу, таким образом, полностью увеличивает внутреннюю энергию ( Delta U ):
begin {align}
& Delta U = underbrace {W} _ {= 0} + Q = Q [5px]
label {u}
& underline { Delta U = Q} [5px]
end {align}
Таким образом, чтобы определить взаимосвязь между изменением внутренней энергии и изменением температуры, нет необходимости проводить подробные исследования кинетической энергии отдельных молекул.Согласно уравнению ( ref {u}) только соотношение между тепловложением (Q ) изохорного процесса (которое тогда напрямую соответствует изменению внутренней энергии ( Delta U )) и результирующим повышением температуры ( Delta T ) необходимо исследовать. Используя электрический нагреватель, можно относительно легко определить подаваемую энергию («тепло = электрическая мощность x время»).
Эксперимент показывает, что изменение температуры ( Delta T ) пропорционально передаваемому теплу (Q ), т.е.е. при изменении температуры в два раза больше требуется вдвое больше тепла:
begin {align}
label {q}
& Q sim Delta T [5px]
end {align}
Также замечено, что чем больше требуется тепла, тем большую массу газа необходимо нагреть. Если масса вдвое больше, для нагрева газа требуется вдвое больше тепла (Q ). Следовательно, тепло (Q ) и масса (m ) также пропорциональны друг другу:
begin {align}
label {m}
& Q sim m [5px]
end {align}
В общем, переданное тепло (Q ) пропорционально массе (m ) и изменению температуры ( Delta T ) газа.Константа пропорциональности между этими величинами называется удельной изохорной теплоемкостью (c_ text {v} ) и зависит только от типа газа:
begin {align} ; ; ; ; ;
& Q sim m cdot Delta T [5px]
label {c}
& underline {Q = c_ text {v} cdot m cdot Delta T} ~~~~~ [ c_ text {v}] = frac { text {J}} { text {kg} cdot text {K}} ~~~ text {удельная изохорная теплоемкость} [5px]
end {align}
Удельная теплоемкость показывает, сколько энергии требуется для изменения температуры вещества массой 1 кг на 1 К.Или в данном случае: насколько изменится внутренняя энергия на единицу массы при изменении температуры на 1 К. Согласно уравнению ( ref {u}) искомая связь между изменением внутренней энергии ( Delta U ) и изменение температуры ( Delta T ) для идеального газа теперь найдено:
begin {align} ; ; ; ; ;
label {d}
& boxed { Delta U = c_ text {v} cdot m cdot Delta T} ~~~ text {where} Delta T = T_2-T_1 ~~~ text {в целом относится к идеальным газам!} [5px]
end {align}
Здесь не следует вводить в заблуждение термин «удельная изохорная теплоемкость , » (c_ text {v} ), который появляется в формуле ( ref {d}).В контексте изменения внутренней энергии величину (c_ text {v} ) следует рассматривать только как константу пропорциональности между изменением внутренней энергии и изменением температуры.
Эта константа пропорциональности называется удельной изохорной теплотворной способностью только потому, что для изохорного процесса (и только для изохорного процесса!) Эта величина описывает переданное тепло — см. Уравнение ( ref {c}). Но когда дело доходит до изменения внутренней энергии, уравнение ( ref {d}) применимо к любому термодинамическому процессу идеальных газов — см. Раздел «Предварительные соображения для определения изменения внутренней энергии»!
Внутренняя энергия идеальных газов
Хотя в термодинамике часто имеет значение только изменение внутренней энергии ( Delta ), для идеальных газов также может быть определена абсолютная внутренняя энергия (U ).Для этого представьте газ, заключенный в цилиндр постоянного объема, который охлаждается до абсолютного нуля. В этом состоянии все молекулы покоятся, поэтому газ не имеет внутренней энергии. Теперь тепло (Q ) передается в постоянный объем газу, пока не достигнет температуры (T ). Все тепло, необходимое для нагрева газа, наконец, присутствует в виде внутренней энергии (U ). Таким образом, при температуре (T ) газ имеет следующую внутреннюю энергию (U ):
begin {align}
label {t}
& boxed {U = c_v cdot m cdot T} ~~~ text {в целом применимо к идеальным газам!} [5px]
end { align}
Примечание : Строго говоря, удельная изохорная теплоемкость (c_ text {v} ) для идеальных газов также может зависеть от температуры.А именно, когда степени свободы замораживаются при понижении температуры из-за квантово-механических эффектов. Уравнения ( ref {d}) и ( ref {t}) больше не действуют без ограничений. Однако, если предположить, что такой температурной зависимости не существует, часто говорят о идеальных газах , и уравнения ( ref {d}) и ( ref {t}) по-прежнему применяются без ограничений.
Аналогия между внутренней энергией и потенциальной энергией гравитации
Внутреннюю энергию идеальных газов можно очень четко сравнить по аналогии с гравитационной потенциальной энергией объекта.В то время как гравитационная потенциальная энергия представляет собой энергетическое (гравитационное) состояние объекта на заданной высоте (h ), внутренняя энергия представляет энергетическое (кинетическое) состояние идеального газа при заданной температуре (T ).
Данной высоте (h ) может быть присвоена определенная потенциальная энергия через массу (m ) объекта. Точно так же некоторая внутренняя энергия может быть приписана данной температуре (T ) через массу (m ) газа. Точная связь между потенциальной энергией и высотой (h ) устанавливается ускорением свободного падения (g ) (в зависимости от положения!).В случае внутренней энергии связь между внутренней энергией (U ) и температурой (T ) устанавливается удельной изохорной теплоемкостью (c_ text {v} ) (в зависимости от типа газа! ).
| Гравитационная потенциальная энергия | Внутренняя энергия |
|---|---|
| высота (h ) | температура (T ) |
| масса объекта (м ) | масса газа (m ) |
| гравитационное ускорение (g ) | удельная изохорная теплоемкость (c_ text {v} ) |
| гравитационная потенциальная энергия (W = m cdot g cdot h ) | внутренняя энергия (U = m cdot c_ text {v} cdot T ) |
| изменение потенциальной энергии ( Delta W = m cdot g cdot Delta h ) | изменение внутренней энергии ( Delta U = m cdot c_ text {v} cdot Delta T ) |
Энергетическое состояние объекта, находящегося на высоте (h ) можно изменить, передав энергию — ее можно поднять на более высокую высоту.Таким же образом можно изменить энергетическое состояние газа при температуре (Т ), передав энергию — ее можно довести до более высокой температуры.
Энергия, необходимая для подъема объекта с высоты (h_1 ) на высоту (h_2 ), зависит только от разницы в высоте ( Delta h = h_2 — h_1 ) и не зависит от пути! Точно так же энергия, необходимая для повышения температуры идеального газа с (T_1 ) до (T_2 ), зависит только от разности температур ( Delta T = T_2 — T_1 ), а не от термодинамической процесс.
Изменение внутренней энергии идеального газа — Сборник решенных задач
При расчете тепла необходимо иметь в виду, что во время изохорного процесса, в котором давление увеличивается в четыре раза, работа не выполняется, а температура увеличивается до значения T 2 = 4 T 1 (что следует из того факта, что согласно закону идеального газа, в случае изохорного процесса V = const, отношение ( frac {p} {T} ) также постоянна).
В результате увеличивается внутренняя энергия газа, поэтому необходимо подводить тепло к системе. Для количества тепла, полученного системой Q 1 (и увеличения внутренней энергии Δ U 1 ), верно:
[Q_ {1} = mathrm { Delta} U_ {1} = C_ {V} n left (T_ {2} -T_ {1} right) = frac {3} {2} nR left (4 T_ {1} -T_ {1} right) = frac {9} {2} nRT_ {1}. ]
Для расчета Q 1 мы также используем закон идеального газа в следующей форме
[nRT_ {1} = p_ {1} V_ {1} ]
и получаем
[Q_ {1} = frac {9} {2} p_ {1} V_ {1}.]
Значение C V можно рассчитать, используя постоянную Пуассона и следующую формулу
[ kappa = frac {C_ {p}} {C_ {V}} ]
и отношение Мейера
(C_ {p} = C_ {V} + R. )
После подстановки получаем
[ kappa = frac {C_ {p}} {C_ {V}} = frac {C_ {V} + R} {C_ {V}} = 1+ frac {R} {C_ {V}} , Правая стрелка]
[ Rightarrow , C_ {V} = frac {R} { kappa — 1} = frac {R} { frac {5} {3} — 1} = frac {3} {2} R ]
А для C p применяется
[C_ {p} = kappa C_ {V} = frac {5} {3} , cdot , frac {3} {2} R = frac {5} {2} R.]
При изобарическом охлаждении температура газа понижается, а это значит, что его внутренняя энергия также уменьшается, а именно на Δ U 2 . Кроме того, внешние силы выполняют работу W . Следовательно, в соответствии с законом термодинамики 1 st , газ должен снабжать окружающую среду теплом Q 2 (тепло Q 2 будет отрицательным, потому что это тепло, поставляемое системой) :
[Q_ {2} = C_ {p} n left (T_ {3} -T_ {2} right) = frac {5} {2} Rn left ( frac {1} {2} T_ { 2} — T_ {2} right) = — frac {5} {4} RnT_ {2} ]
[Q_ {2} = — frac {5} {4} p_ {2} V_ {2} = -5 p_ {1} V_ {1} ]
При расчете мы учли тот факт, что при изобарическом сжатии, при котором объем уменьшается вдвое, термодинамическая температура также должна уменьшаться вдвое (что следует из того, что в случае процесса при постоянном давлении ( frac {V} {T} = const )).После этого мы снова использовали закон идеального газа, на этот раз в форме (nRT_ {2} = p_ {2} V_ {2} ).
Общее количество тепла, подаваемого газом в течение всего процесса, определяется суммой тепла Q 1 , полученного в изохорическом процессе, и тепла Q 2 , поставляемого газом во время изобарного охлаждения.
Верно:
[Q = Q_ {1} + Q_ {2} = frac {9} {2} p_ {1} V_ {1} — 5 p_ {1} V_ {1} ]
[Q = — frac {1} {2} p_ {1} V_ {1} ]
12.2 Первый закон термодинамики: тепловая энергия и работа
Биология: биологическая термодинамика
Мы часто думаем о термодинамике как о полезной для изобретения или тестирования оборудования, такого как двигатели или паровые турбины. Однако термодинамика также применима к живым системам, таким как наши собственные тела. Это составляет основу биологической термодинамики (рис. 12.7).
Рис. 12.7 (a) Первый закон термодинамики применим к метаболизму. Тепло, передаваемое из тела (Q), и работа, выполняемая телом (W), удаляют внутреннюю энергию, тогда как прием пищи заменяет ее.(Прием пищи можно рассматривать как работу, выполняемую организмом.) (Б) Растения преобразуют часть лучистой энергии солнечного света в запасенную химическую энергию, процесс, называемый фотосинтез .
Сама жизнь зависит от биологической передачи энергии. Посредством фотосинтеза растения поглощают солнечную энергию и используют эту энергию для преобразования углекислого газа и воды в глюкозу и кислород. Фотосинтез принимает одну форму энергии — свет — и преобразует ее в другую форму — химическую потенциальную энергию (глюкозу и другие углеводы).
Человеческий метаболизм — это преобразование пищи в энергию, выделяемую теплом, работу, выполняемую клетками организма, и накопленный жир. Метаболизм — интересный пример действия первого закона термодинамики. Прием пищи увеличивает внутреннюю энергию тела за счет добавления химической потенциальной энергии; это неромантичный взгляд на хороший буррито.
Организм усваивает всю пищу, которую мы потребляем. По сути, метаболизм — это процесс окисления, при котором высвобождается химическая потенциальная энергия пищи.Это означает, что питание осуществляется в форме работы. Упражнения помогают вам похудеть, поскольку они обеспечивают передачу энергии от вашего тела как за счет тепла, так и за счет работы, а также повышают уровень метаболизма, даже когда вы находитесь в состоянии покоя.
Биологическая термодинамика также включает изучение трансдукции между клетками и живыми организмами. Трансдукция — это процесс, при котором генетический материал — ДНК — передается от одной клетки к другой. Это часто происходит во время вирусной инфекции (например, гриппа), и именно так вирус распространяется, а именно путем передачи своего генетического материала все большему количеству ранее здоровых клеток.Когда инфицировано достаточное количество клеток, вы начинаете ощущать воздействие вируса (симптомы гриппа — мышечная слабость, кашель и заложенность носа).
Энергия передается вместе с генетическим материалом и, таким образом, подчиняется первому закону термодинамики. Энергия передается — а не создается и не уничтожается — в процессе. Когда с элементом выполняется работа или тепло передает энергию ячейке, внутренняя энергия ячейки увеличивается. Когда клетка работает или теряет тепло, ее внутренняя энергия уменьшается. Если количество работы, выполняемой ячейкой, такое же, как количество энергии, передаваемой теплом, или количество работы, выполняемой ячейкой, совпадает с количеством энергии, передаваемой теплом, чистого изменения внутренней энергии не будет. .
Проверка захвата
Исходя из того, что вы знаете о теплопередаче и о первом законе термодинамики, нужно ли вам есть больше или меньше, чтобы поддерживать постоянный вес в холодную погоду? Объяснить, почему.
- еще
- ; поскольку в холодную погоду организм теряет больше энергии, потребность в еде увеличивается, чтобы поддерживать постоянный вес
- ; употребление большего количества пищи означает накопление большего количества жира, что защитит организм от холодной погоды и уменьшит потерю энергии
- меньше; поскольку в холодную погоду организм теряет меньше энергии, потребность в еде уменьшается, чтобы поддерживать постоянный вес
- меньше; употребление меньшего количества пищи означает накопление меньшего количества жира, поэтому для сжигания жира потребуется меньше энергии, и в результате вес останется постоянным
Еще
На
На
.