Внутрішня енергія
При вивченні фізики розглядаються механічні, теплові, світлові, електричні та інші явища. З деякими механічними явищами ми вже познайомилися. Відомо також, що існує два види механічної енергії: кінетична і потенційна.
Всяке рухоме тіло має кінетичної енергією. Так, наприклад, кінетичної енергією володіє летить птах, рухомі літак, м’яч, поточна вода і т. Д. Кінетична енергія тіла залежить від його маси і від швидкості руху тіла.
Потенційна енергія визначається взаємним положенням взаємодіючих тіл або його окремих частин. Наприклад, потенційної енергією володіють піднятий над землею камінь, стисла або розтягнута пружина і т. Д.
Кінетична і потенційна енергія – це два види механічної енергії, вони можуть перетворюватися один в одного.
Як же відбувається перетворення одного виду енергії в інший?
Свинцева куля, що лежить на свинцевою плиті, піднімемо вгору і відпустимо (рис. 2, а). При падінні швидкість кулі збільшується, а висота підйому зменшується. Отже, його кінетична енергія зростає, а потенційна зменшується. Це означає, що відбувається перетворення потенційної енергії кулі в кінетичну. Після того як куля вдариться об свинцеву плиту, він зупиниться (рис. 2, б). Його кінетична і потенційна енергія будуть рівні нулю.
Чи означає це, що механічна енергія, якою володів кулю, безслідно зникла? Мабуть, ні.
Механічна енергія перетворилася в іншу форму енергії. Що ж являє собою ця інша форма енергії? Розглянемо кулю і плиту після удару. Виявляється, що куля трохи сплюснулі, а на плиті виникла невелика вм’ятина. Кулю і плита при ударі деформувалися. Виміряємо температуру кулі і плити відразу після удару. Ми помітимо, що вони нагрілися.
Таким чином, в результаті удару кулі об плиту змінився стан цих тіл – вони деформувалися і нагрілися. Але якщо змінився стан тіл, то змінилася і енергія частинок, з яких складаються тіла. Дійсно, ми знаємо, що при нагріванні тіла збільшується середня швидкість руху молекул. Значить, збільшується їх середня кінетична енергія. Молекули володіють також і потенційною енергією. Адже вони взаємодіють один з одним: притягуються, а при подальшому зближенні – відштовхуються. Коли тіло деформувалося, то змінилося взаємне розташування його молекул, а значить, змінилася і їх потенційна енергія.
Отже, при зіткненні змінилася і кінетична, і потенційна енергія молекул свинцю. Отже, механічна енергія, якою володів кулю на початку досліду, не зникла. Вона перейшла в енергію молекул.
Кінетична енергія всіх молекул, з яких складається тіло, і потенційна енергія їх взаємодії складають внутрішню енергію тіла.
При вивченні теплових явищ враховують тільки енергію молекул, тому що головним чином вона змінюється в цих явищах. Надалі, розглядаючи внутрішню енергію тіла, ми будемо розуміти під нею кінетичну енергію теплового руху і потенційну енергію взаємодії молекул тіла.
Повернемося до досвіду зі свинцевим кулею і плитою (див. Рис. 2).
При зупинці кулі механічний рух припиняється, але зате посилюється безладне (теплове) рух його молекул. Механічна енергія перетворюється у внутрішню енергію кулі.
Отже, крім механічної енергії, існує ще один вид енергії. Це внутрішня енергія тіла.
Внутрішня енергія залежить від температури тіла, агрегатного стану речовини та інших факторів. (Більш докладно це буде вивчено в 10 класі.)
Піднімемо тіло, наприклад м’яч, над столом. При цьому відстань між молекулами м’яча не змінюється. Значить, не змінюється і потенційна енергія взаємодії молекул. Отже, піднімаючи м’яч, ми не змінюємо його внутрішню енергію.
Будемо рухати м’яч щодо столу. Від цього його внутрішня енергія також не зміниться.
Отже, внутрішня енергія тіла не залежить ні від механічного руху тіла, ні від положення цього тіла відносно інших тіл.
Тіло, маючи деякий запас внутрішньої енергії, одночасно може володіти і механічною енергією. Наприклад, куля, що летить на деякій висоті над землею, крім внутрішньої енергії, володіє ще і механічною енергією – потенційної і кінетичної.
Кінетична і потенційна енергія однієї молекули – дуже маленька величина, адже маса молекули мала. Оскільки в тілі міститься безліч молекул, то внутрішня енергія тіла, що дорівнює сумі енергій всіх молекул, досить велика.
Питання
Які перетворення енергії відбуваються при підйомі кулі і при його падінні?
Як змінюється стан свинцевого кулі і свинцевою плити в результаті їх зіткнення?
Яку енергію називають внутрішньою енергією тіла?
Чи залежить внутрішня енергія тіла від його руху і положення відносно інших тіл?
(2 votes, average: 3.00 out of 5)