Energía interna del cuerpo no puede ser un valor constante. Puede cambiar en cualquier cuerpo. Si aumentas la temperatura de tu cuerpo, entonces energía interna aumentará, porque la velocidad promedio del movimiento molecular 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 la cuerda intensamente en lados diferentes. 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. este trabajo actúa debido a su energía interna, que al mismo tiempo 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 casos similares, 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 una cierta cantidad de trabajo.

Veamos otro ejemplo.

Coloca una aguja de tejer de metal en un vaso de agua. Energía cinética de las moléculas. agua caliente, más energía cinética partículas de metal frío. 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. diferentes 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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Hay formas de cambiar la energía interna de un cuerpo: trabajo y transferencia de calor.

Cuando se realiza trabajo, cambia en dos casos: durante la fricción y durante la deformación inelástica. Cuando el trabajo se realiza por la fuerza de fricción, la energía interna aumenta debido a una disminución energía mecánica, los cuerpos que se frotan se calientan. En el caso de la compresión inelástica de un cuerpo, su energía interna aumenta debido a una disminución de la energía mecánica.

La transferencia de calor es el proceso de cambiar la energía interna sin realizar trabajo, mientras que la energía interna de un cuerpo aumenta debido a una disminución en la energía interna de otro cuerpo. La transición energética proviene de cuerpos con más temperatura alta a cuerpos con una temperatura más baja. Existen sus opciones: conductividad térmica, convección y radiación.
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La energía interna no es un valor constante. Puede cambiar. Si aumenta la temperatura de un cuerpo, aumentará su energía interna (aumentará la velocidad media de las moléculas). A medida que disminuye la temperatura, disminuye la energía interna del cuerpo.

Consideremos la experiencia.
Conectemos un tubo de latón con paredes delgadas al soporte. Llene el tubo con éter y ciérrelo con un tapón. Lo atamos con una cuerda y comenzamos a mover intensamente la cuerda hacia los lados. Después de un tiempo, el éter hervirá y la fuerza del vapor sacará el tapón. La energía interna de la sustancia (éter) aumentó: cambió su temperatura, hirviendo. El aumento de energía interna se produjo debido al trabajo realizado.

El calentamiento de los cuerpos también puede ocurrir durante impactos, flexión o extensión o deformación. La energía interna del cuerpo aumenta.

La energía interna del cuerpo se puede aumentar realizando trabajo en el cuerpo. Si el trabajo lo realiza el propio cuerpo, su energía interna disminuye.

Consideremos la experiencia.
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 sale volando del barco, podemos ver la formación de niebla. 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. Por tanto, la energía interna del cuerpo se puede cambiar realizando determinado trabajo.

Sin embargo, la energía interna se puede cambiar de otra forma, sin realizar trabajo.

Veamos un ejemplo.
El agua de la tetera que está sobre el fuego 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. Esto significa que es posible que no se produzca un cambio en la energía interna debido a la realización de cierto trabajo.

Veamos un 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 aumentará lentamente. En el futuro, la diferencia entre la temperatura de la aguja 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 determinado sobre el cuerpo o el cuerpo mismo se llama transferencia de calor.

Según MKT, todas las sustancias están formadas por partículas que están en continuo movimiento térmico e interactúan entre sí. Por tanto, aunque el cuerpo esté inmóvil y tenga energía potencial nula, tiene energía (energía interna), que es la energía total de movimiento e interacción de las micropartículas que componen el cuerpo. La energía interna incluye:

1. energía cinética del movimiento de traslación, rotación y vibración de moléculas;
2. energía potencial de interacción de átomos y moléculas;
3. Energía intraatómica e intranuclear.

En termodinámica, los procesos se consideran a temperaturas a las que la movimiento oscilatorioátomos en moléculas, es decir a temperaturas que no excedan los 1000 K. En estos procesos, solo cambian los dos primeros componentes de la energía interna. Es por eso

bajo energía interna En termodinámica entendemos la suma de la energía cinética de todas las moléculas y átomos de un cuerpo y la energía potencial de su interacción.

La energía interna de un cuerpo determina su estado térmico y cambia durante la transición de un estado a otro. En un estado dado, el cuerpo tiene una energía interna completamente definida, independiente del proceso por el cual pasó a ese estado. Por lo tanto, la energía interna a menudo se llama función de la condición corporal.

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T,\)

Dónde i- grado de libertad. Para gases monoatómicos (por ejemplo, gases nobles) i= 3, para diatómico - i = 5.

De estas fórmulas se desprende claramente que la energía interna de un gas ideal Depende sólo de la temperatura y el número de moléculas. y no depende ni del volumen ni de la presión. Por tanto, el cambio en la energía interna de un gas ideal está determinado únicamente por el cambio en su temperatura y no depende de la naturaleza del proceso en el que el gas pasa de un estado a otro:

\(~\Delta U = U_2 - U_1 = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac(m)(M) \cdot R \cdot \Delta T ,\)

donde Δ t = t 2 - t 1 .

• Las moléculas de gases reales interactúan entre sí y por tanto tienen energía potencial. W. p, que depende de la distancia entre las moléculas y, por tanto, del volumen ocupado por el gas. Por tanto, la energía interna de un gas real depende de su temperatura, volumen y estructura molecular.

*Derivación de la fórmula

Energía cinética promedio de una molécula \(~\left\langle W_k \right\rangle = \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T\).

El número de moléculas en el gas es \(~N = \dfrac (m)(M) \cdot N_A\).

Por tanto, la energía interna de un gas ideal es

\(~U = N \cdot \left\langle W_k \right\rangle = \dfrac (m)(M) \cdot N_A \cdot \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T .\)

considerando que k⋅N A= R es la constante universal de los gases, tenemos

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T\) - energía interna de un gas ideal.

Cambio en la energía interna.

para resolver cuestiones practicas 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 comprometerse trabajo mecanico.
2. 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.

con la ayuda 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. Amplitud de vibración molecular. sólido cuanto más, mayor es su temperatura. 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

Al considerar los procesos termodinámicos, no se tiene en cuenta el movimiento mecánico de los macrocuerpos en su conjunto. El concepto de trabajo aquí está asociado con un cambio en el volumen corporal, es decir. Movimiento de partes de un macrocuerpo entre sí. Este proceso conduce a un cambio en la distancia entre las partículas y, a menudo, también a un cambio en la velocidad de su movimiento, por lo tanto, a un cambio en la energía interna del cuerpo.

proceso isobárico

Consideremos primero el proceso isobárico. Sea un gas en un cilindro con un pistón móvil a una temperatura t 1 (Figura 1).

Calentaremos lentamente el gas hasta una temperatura t 2. El gas se expandirá isobáricamente y el pistón se moverá de su posición 1 posicionar 2 a una distancia Δ yo. La fuerza de presión del gas trabajará sobre cuerpos externos. Porque pag= constante, entonces la fuerza de presión F = p⋅S también constante. Por tanto, el trabajo de esta fuerza se puede calcular mediante la fórmula

\(~A = F \cdot \Delta l = p \cdot S \cdot \Delta l = p \cdot \Delta V,\)

donde Δ V- cambio en el volumen de gas.

• Si el volumen del gas no cambia (proceso isocórico), entonces el trabajo realizado por el gas es cero.

• El gas realiza trabajo sólo en el proceso de cambiar su volumen.

Al expandirse (Δ V> 0) el gas está completo trabajo positivo (A> 0); durante la compresión (Δ V < 0) газа совершается отрицательная работа (A < 0).

• Si consideramos el trabajo de fuerzas externas. A " (A " = –A), luego con expansión (Δ V> 0) gasolina A " < 0); при сжатии (ΔV < 0) A " > 0.

Escribamos la ecuación de Clapeyron-Mendeleev para dos estados de gas:

\(~p \cdot V_1 = \nu \cdot R \cdot T_1, \; \; p \cdot V_2 = \nu \cdot R \cdot T_2,\)

\(~p \cdot (V_2 - V_1) = \nu \cdot R \cdot (T_2 - T_1) .\)

Por lo tanto, cuando proceso isobárico

\(~A = \nu \cdot R \cdot \Delta T .\)

Si ν = 1 mol, entonces en Δ Τ = 1 K obtenemos eso R numéricamente igual A.

De esto se desprende significado fisico constante universal de los gases: es numéricamente igual al trabajo realizado por 1 mol de un gas ideal cuando se calienta isobáricamente a 1 K.

No es un proceso isobárico

en el gráfico pag (V) en un proceso isobárico, el trabajo es igual al área del rectángulo sombreado en la Figura 2, a.

si el proceso no isobárico(Fig.2, b), entonces la curva de función pag = F(V) se puede representar como una línea discontinua que consta de gran cantidad isocora e isobara. El trabajo en las secciones isocóricas es cero y el trabajo total en todas las secciones isobáricas será igual a

\(~A = \lim_(\Delta V \to 0) \sum^n_(i=1) p_i \cdot \Delta V_i\), o \(~A = \int p(V) \cdot dV,\ )

aquellos. será igual área de la figura sombreada.

En proceso isotérmico (t= const) el trabajo es igual al área de la figura sombreada que se muestra en la Figura 2, c.

Es posible determinar el trabajo utilizando la última fórmula solo si se sabe cómo cambia la presión del gas cuando cambia su volumen, es decir, se conoce la forma de la función pag = F(V).

Así, está claro que incluso con el mismo cambio en el volumen del gas, el trabajo dependerá del método de transición (es decir, del proceso: isotérmico, isobárico...) desde el estado inicial del gas al estado final. estado. Por lo tanto, podemos concluir que

• El trabajo en termodinámica es una función del proceso y no una función de estado.

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:

\(~\Delta W = A.\)

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

• el 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.

Calefacción (refrigeración)

La experiencia demuestra que la cantidad de calor necesaria para calentar una masa corporal metro en temperatura t 1 a temperatura t 2, calculado por la fórmula

\(~Q = c \cdot m \cdot (T_2 - T_1) = c \cdot m \cdot \Delta T,\)

Dónde do- capacidad calorífica específica de la sustancia (valor tabular);

\(~c = \dfrac(Q)(m \cdot \Delta T).\)

La unidad SI de capacidad calorífica específica es julio por kilogramo Kelvin (J/(kg K)).

Calor específico do es numéricamente igual a la cantidad de calor que se debe impartir a un cuerpo que pesa 1 kg para calentarlo en 1 K.

Además de la capacidad calorífica específica, también se considera una cantidad como la capacidad calorífica del cuerpo.

Capacidad calorífica cuerpo do numéricamente igual a la cantidad de calor necesaria para cambiar la temperatura corporal en 1 K:

\(~C = \dfrac(Q)(\Delta T) = c \cdot m.\)

La unidad SI de capacidad calorífica de un cuerpo es julio por Kelvin (J/K).

Vaporización (condensación)

Para transformar un líquido en vapor a temperatura constante es necesario gastar una cantidad de calor

\(~Q = L \cdot m,\)

Dónde l- calor específico de vaporización (valor tabular). Cuando el vapor se condensa, se libera la misma cantidad de calor.

La unidad SI de calor específico de vaporización es julio por kilogramo (J/kg).

Fusión (cristalización)

Para fundir un cuerpo cristalino que pesa metro En el punto de fusión, el cuerpo necesita comunicar la cantidad de calor.

\(~Q = \lambda \cdot m,\)

Dónde λ - calor específico de fusión (valor tabular). Cuando un cuerpo cristaliza, se libera la misma cantidad de calor.

La unidad SI de calor específico de fusión es julio por kilogramo (J/kg).

Quema de combustible

La cantidad de calor liberado durante la combustión completa de una masa de combustible. metro,

\(~Q = q \cdot m,\)

Dónde q- calor específico de combustión (valor tabular).

La unidad SI de calor específico de combustión es julio por kilogramo (J/kg).

Literatura

Aksenovich L. A. Física en escuela secundaria: Teoría. Asignaciones. Pruebas: Libro de texto. subsidio para instituciones que imparten educación general. medio ambiente, educación / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - P. 129-133, 152-161.

Descubrimos que la evaporación de un líquido sólo es posible si hay una afluencia de calor al líquido que se evapora. ¿Por qué es así?

En primer lugar, durante la evaporación aumenta la energía interna de una sustancia. La energía interna del vapor saturado es siempre mayor que la energía interna del líquido a partir del cual se formó este vapor. El aumento de la energía interna de una sustancia durante la evaporación sin cambio de temperatura se produce principalmente debido a que cuando pasa a vapor, aumenta la distancia media entre las moléculas. Al mismo tiempo, su energía potencial mutua aumenta, ya que para separar las moléculas a largas distancias, se debe gastar trabajo para superar las fuerzas de atracción de las moléculas entre sí.

Además, se trabaja contra presión externa, porque el vapor ocupa un volumen mayor que el líquido del que se formó. El trabajo realizado durante la vaporización se vuelve especialmente claro si imaginamos que el líquido se evapora en un cilindro y que el vapor resultante es elevado por un pistón ligero (Fig. 492), mientras realizamos un trabajo contra la presión atmosférica. Este trabajo es fácil de calcular. Hagamos este cálculo para agua hirviendo a presión normal y, por tanto, a temperatura. Deje que el pistón tenga área. porque es normal presión atmosférica es igual, entonces actúa una fuerza sobre el pistón. Si el pistón sube , se realizará el trabajo. Esto crea par. La densidad del vapor en es igual a , por lo que la masa de vapor es igual a . En consecuencia, cuando se forma vapor, se gastará trabajo contra la presión externa. .

Arroz. 492. Los vapores resultantes levantan el pistón. En este caso, el trabajo se realiza contra fuerzas de presión externas.

Cuando el agua se evapora, se consume (calor específico de evaporación). De ellos, como muestra nuestro cálculo, se gastan en trabajar contra la presión externa. Por tanto, el resto igual a representa el aumento de la energía interna del vapor respecto a la energía del agua. Como puede ver, en el caso del agua, la mayor parte del calor durante la evaporación se destina a aumentar la energía interna y solo una pequeña parte se gasta en realizar trabajo externo.

297.1. Determine el aumento de energía interna durante la evaporación del alcohol, si se sabe que la densidad de vapor del alcohol en el punto de ebullición es igual a .