Способы изменения внутренней энергии без теплопередачи
Внутренняя энергия тела меняется без теплопередачи, когда совершается работа:
- Работа внешних сил над телом увеличивает его внутреннюю энергию. Примеры: удар молотка по куску металла, трение ладоней, сжатие газа в насосе.
- Работа самого тела уменьшает его внутреннюю энергию. Пример: газ расширяется и охлаждается.
Внутренняя энергия меняется двумя способами: совершением работы и теплопередачей. Здесь речь о первом.
Совершение работы: над телом (внутренняя энергия растёт — трение, удар, сжатие) или самим телом (внутренняя энергия убывает — расширение газа).
Удельная теплоёмкость
Удельная теплоёмкость вещества — физическая величина, равная количеству теплоты, которое нужно передать
Единица измерения: Дж/(кг·°C). Например, для воды
На нагревание кирпича массой 4 кг на 105 °C затрачено такое же количество теплоты, как и на нагревание воды той же массы на 22 °C. Определите удельную теплоёмкость кирпича.
Количества теплоты равны:
Масса сокращается:
С какой высоты должна падать капля воды, чтобы после удара о землю вода оказалась кипячёной? Начальная температура воды 0 °C. Передачу энергии окружающей среде не учитывайте. Считайте, что g=10 Н/кг.
Вода должна нагреться от
Температура холодной и горячей воды соответственно 12 и 70 °C. Сколько холодной и горячей воды потребуется, чтобы наполнить ванну водой при температуре 37 °C? Масса воды в ванне 150 кг.
Пусть
Тепло, полученное холодной водой, равно теплу, отданному горячей:
Подставим в первое уравнение:
Холодной воды ≈
Способы изменения внутренней энергии без совершения механической работы
Без совершения работы внутренняя энергия меняется путём теплопередачи. Это переход энергии от более нагретого тела к менее нагретому. Виды теплопередачи:
- теплопроводность — передача энергии при непосредственном контакте тел или частей тела (нагревание ложки в горячем чае);
- конвекция — перенос энергии потоками жидкости или газа (нагревание воздуха от батареи);
- излучение — передача энергии электромагнитными волнами (тепло от Солнца).
Теплопередача: теплопроводность, конвекция, излучение.
Внутренняя энергия
Внутренняя энергия тела — это сумма кинетической энергии хаотического движения его частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия. Она зависит от температуры, массы и агрегатного состояния вещества. Обозначается
Внутренняя энергия — сумма кинетической энергии хаотического движения частиц тела и потенциальной энергии их взаимодействия; измеряется в Дж.
В воду массой 300 г, температура которой 10 °C, опускают нагретые в кипящей воде металлические гири общей массой 1 кг. Температура воды повышается на 21 °C. Из какого материала могут быть изготовлены гири?
Вода нагрелась до
Теплота, полученная водой:
Эту теплоту отдали гири:
По таблице такая удельная теплоёмкость у меди (
Гири могут быть из меди (или латуни):
Свинцовый шар падает с высоты 30 м на стальную плиту. На сколько градусов температура шара после удара превысит начальную, если 50 % механической энергии переходит во внутреннюю энергию шара?
Принимаем
Примерно на
Сколько нужно смешать горячей воды, имеющей температуру 90 °C, и холодной, имеющей температуру 10 °C, чтобы получить воду массой 100 кг и температурой 30 °C?
Пусть
Горячая вода отдаёт столько же тепла, сколько получает холодная:
Горячей воды
