体内エネルギー定数値にすることはできません。 どんな体でも変化する可能性があります。 体温を上げると、 内部エネルギー増えていきますので、 分子の運動の平均速度は増加します。 したがって、体の分子の運動エネルギーが増加します。 逆に、温度が下がると、体の内部エネルギーは減少します。

次のように結論付けることができます。 分子の運動速度が変化すると、物体の内部エネルギーも変化します。分子の運動速度を増加または減少させるためにどのような方法が使用できるかを判断してみましょう。 次の実験を考えてみましょう。 肉厚の薄い真鍮管をスタンドに取り付けてみましょう。 チューブをエーテルで満たし、栓で閉じます。 次に、それをロープで結び、ロープを集中的に動かし始めます。 異なる側面。 一定時間が経過すると、エーテルが沸騰し、蒸気の力でプラグが押し出されます。 経験は、物質（エーテル）の内部エネルギーが増加したことを示しています。結局のところ、温度が変化し、同時に沸騰しました。

内部エネルギーの増加は、チューブがロープでこすられたときに行われる仕事によって発生しました。

ご存知のとおり、物体の加熱は、衝撃、屈曲または伸長の際、またはより単純には変形の際にも発生する可能性があります。 挙げたすべての例で、体の内部エネルギーが増加します。

したがって、身体に働きかけることによって、身体の内部エネルギーを増加させることができます。

仕事が身体そのものによって行われる場合、その内部エネルギーは減少します。

別の実験を考えてみましょう。

厚い壁を持つガラス容器に空気を送り込み、特別に開けた穴を通してストッパーで密閉します。

しばらくするとコルクが容器から飛び出します。 ストッパーが容器から飛び出す瞬間、霧が発生するのがわかります。 したがって、その形成は船内の空気が冷たくなったことを意味します。 容器内の圧縮空気は、プラグを押し出すときに一定の仕事をします。 この作品彼は自分の内部エネルギーによってパフォーマンスを発揮しますが、それは同時に減少します。 内部エネルギーの減少に関する結論は、容器内の空気の冷却に基づいて導き出すことができます。 したがって、 身体の内部エネルギーは、特定の作業を実行することによって変化することができます。

しかし、内部エネルギーは仕事をしなくても別の方法で変えることができます。 例を考えてみましょう。ストーブの上に置かれたやかんの中の水が沸騰しています。 室内の空気および他の物体は、中央のラジエーターによって加熱されます。 で 同様の事例、内部エネルギーが増加するため、 体温が上昇します。 しかし、仕事は終わっていません。 したがって、結論としては 一定量の仕事を行っても内部エネルギーの変化は起こらない可能性があります。

別の例を見てみましょう。

金属製の編み針を水の入ったコップに入れます。 分子の運動エネルギー お湯、 もっと 運動エネルギー冷たい金属粒子。 熱水分子は、その運動エネルギーの一部を冷たい金属粒子に伝達します。 したがって、水分子のエネルギーはある意味で減少し、金属粒子のエネルギーは増加します。 水温が下がり、編み針の温度もゆっくりと上がります 増加します。 将来的には、編み針と水の温度差がなくなるでしょう。 この経験により、内部エネルギーの変化が見られました さまざまな体。 結論としては次のようになります。 さまざまな物体の内部エネルギーは熱伝達によって変化します。

身体や身体自体に特定の作業を行わずに内部エネルギーを変換するプロセスは、 熱伝達。

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体の内部エネルギーを変更するには、仕事と熱伝達という方法があります。

仕事を行うと、摩擦時と非弾性変形時の2通りに変化します。 摩擦力によって仕事が行われると、内部エネルギーは減少により増加します。 機械エネルギー、擦れ合う体が熱くなります。 物体の非弾性圧縮の場合、機械的エネルギーの減少により内部エネルギーが増加します。

熱伝達は、仕事をせずに内部エネルギーを変化させるプロセスですが、一方の物体の内部エネルギーは、別​​の物体の内部エネルギーの減少によって増加します。 エネルギーの移行は、より多くのものを備えた体から起こります。 高温体温が低い身体に。 熱伝導率、対流、放射といったオプションがあります。
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内部エネルギーは一定の値ではありません。 変更される場合があります。 物体の温度を上げると、その内部エネルギーが増加します（分子の平均速度が増加します）。 体温が下がると、体の内部エネルギーが減少します。

経験を考えてみましょう。
肉厚の薄い真鍮管をスタンドに取り付けてみましょう。 チューブをエーテルで満たし、栓で閉じます。 それをロープで結び、ロープを側面に集中的に動かし始めます。 しばらくするとエーテルが沸騰し、蒸気の力でプラグが押し出されます。 物質（エーテル）の内部エネルギーが増加し、温度が変化し、沸騰しました。 行われた仕事により内部エネルギーの増加が発生しました。

物体の加熱は、衝撃、屈曲または伸長、または変形中に発生することもあります。 体の内部エネルギーが増加します。

身体に働きかけることで、身体の内部エネルギーを高めることができます。 仕事が身体そのものによって行われる場合、その内部エネルギーは減少します。

経験を考えてみましょう。
厚い壁を持つガラス容器に空気を送り込み、特別に開けた穴を通してストッパーで密閉します。

しばらくするとコルクが容器から飛び出します。 ストッパーが容器から飛び出した瞬間、霧が発生するのがわかります。 その形成は、船内の空気が冷たくなったことを意味します。 容器内の圧縮空気は、プラグを押し出すときに一定の仕事をします。 彼は、減少した内部エネルギーによってこの作業を実行します。 内部エネルギーの減少に関する結論は、容器内の空気の冷却に基づいて導き出すことができます。 したがって、身体の内部エネルギーは、特定の作業を実行することによって変化する可能性があります。

しかし、内部エネルギーは仕事をしなくても別の方法で変えることができます。

例を見てみましょう。
コンロの上に立っているやかんの中の水が沸騰しています。 室内の空気および他の物体は、中央のラジエーターによって加熱されます。 このような場合、内部エネルギーは増加します。 体温が上昇します。 しかし、仕事は終わっていません。 これは、特定の仕事の実行によって内部エネルギーの変化が起こらない可能性があることを意味します。

例を見てみましょう。
金属製の編み針を水の入ったコップに入れます。 熱水分子の運動エネルギーは、冷たい金属粒子の運動エネルギーよりも大きくなります。 熱水分子は、その運動エネルギーの一部を冷たい金属粒子に伝達します。 したがって、水分子のエネルギーはある意味で減少し、金属粒子のエネルギーは増加します。 水温が下がり、編み針の温度が徐々に上昇していきます。 将来的には、編み針と水の温度差がなくなるでしょう。 この経験により、私たちはさまざまな体の内部エネルギーの変化を見ました。 結論として、さまざまな物体の内部エネルギーは熱伝達によって変化します。

身体または身体自体に特定の仕事を行わずに内部エネルギーを変換するプロセスは、熱伝達と呼ばれます。

MKT によれば、すべての物質は継続的に熱運動を行っており、相互に相互作用する粒子で構成されています。 したがって、物体は動かず、位置エネルギーがゼロであっても、物体を構成する微粒子の運動と相互作用の総エネルギーであるエネルギー（内部エネルギー）を持っています。 内部エネルギーには次のものが含まれます。

1. 分子の並進運動、回転運動、振動運動の運動エネルギー。
2. 原子と分子の相互作用の位置エネルギー。
3. 原子内および核内エネルギー。

熱力学では、プロセスは次の温度で考慮されます。 振動運動分子の中の原子、つまり これらのプロセスでは、内部エネルギーの最初の 2 つの成分のみが変化します。 それが理由です

下 内部エネルギー熱力学では、物体のすべての分子と原子の運動エネルギーの合計と、それらの相互作用の位置エネルギーを理解します。

物体の内部エネルギーはその熱状態を決定し、ある状態から別の状態への遷移中に変化します。 特定の状態では、身体は、この状態に移行するプロセスとは無関係に、完全に明確な内部エネルギーを持っています。 したがって、内部エネルギーはしばしば次のように呼ばれます。 体の状態の機能.

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

どこ 私- 自由度。 単原子ガス（希ガスなど）の場合 私= 3、二原子の場合 - 私 = 5.

これらの式から、理想気体の内部エネルギーは次のとおりであることが明らかです。 温度と分子の数のみに依存する体積や圧力には依存しません。 したがって、理想気体の内部エネルギーの変化は、その温度の変化によってのみ決定され、気体がある状態から別の状態に移行するプロセスの性質には依存しません。

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

ここで、Δ T = T 2 - T 1 .

• 実在気体の分子は相互作用するため、位置エネルギーを持っています。 W p、分子間の距離、つまりガスが占める体積に依存します。 したがって、実際の気体の内部エネルギーは、その温度、体積、分子構造に依存します。

※式の導出

分子の平均運動エネルギー \(~\left\langle W_k \right\rangle = \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T\)。

気体中の分子の数は \(~N = \dfrac (m)(M) \cdot N_A\) です。

したがって、理想気体の内部エネルギーは、

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

それを考えると k⋅N A= Rは普遍気体定数です。

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T\) - 理想気体の内部エネルギー。

内部エネルギーの変化

解決するには 実際的な問題重要な役割を果たすのは内部エネルギーそのものではなく、その変化Δ U = U 2 - U 1. 内部エネルギーの変化はエネルギー保存の法則に基づいて計算されます。

体の内部エネルギーは 2 つの方法で変化します。

1. コミット時 機械的な仕事。
2. a) 外力が物体の変形を引き起こす場合、それを構成する粒子間の距離が変化し、したがって粒子間の相互作用の位置エネルギーが変化します。 さらに、非弾性変形中は体温が変化します。 粒子の熱運動の運動エネルギーが変化します。 しかし、体が変形すると、仕事が行われ、これが体の内部エネルギーの変化の尺度になります。 b) 物体の内部エネルギーは、他の物体との非弾性衝突中にも変化します。 前に見たように、物体の非弾性衝突中、その運動エネルギーは減少し、内部エネルギーに変わります（たとえば、金床の上にあるワイヤーをハンマーで数回叩くと、ワイヤーは加熱されます）。 運動エネルギー定理によれば、物体の運動エネルギーの変化の尺度は、作用する力の仕事です。 この働きは、内部エネルギーの変化の尺度としても役立ちます。 c) 物体の内部エネルギーの変化は摩擦の影響下で発生します。経験から知られているように、摩擦には常に摩擦物体の温度変化が伴うからです。 摩擦力によって行われる仕事は、内部エネルギーの変化の尺度として役立ちます。

助けを借りて 熱交換。 たとえば、バーナーの炎の中に物体を置くと、その温度が変化し、したがって内部エネルギーも変化します。 しかし、体自体もその部分も目に見える動きはなかったため、ここでは何も行われませんでした。

仕事を行わずに系の内部エネルギーが変化することを

熱交換 （熱伝達）。熱伝達には、伝導、対流、放射の 3 つのタイプがあります。 A)熱伝導率

物体（または物体の一部）が直接接触している間に、物体粒子の熱的カオス運動によって引き起こされる熱交換のプロセスです。 分子振動振幅 固体多ければ多いほど、その温度は高くなります。 ガスの熱伝導率は、衝突中のガス分子間のエネルギー交換によるものです。 液体の場合、両方のメカニズムが機能します。 物質の熱伝導率は固体状態で最大となり、気体状態で最小になります。

b) 対流液体または気体の加熱された流れによる、それらが占める体積の一部の領域から他の領域への熱伝達を表します。

c) での熱交換

放射線

熱力学プロセスを考えるとき、マクロボディ全体の力学的運動は考慮されません。 ここでの仕事の概念は、身体の体積の変化、すなわち、 マクロボディの各部分の相対的な動き。 このプロセスは粒子間の距離の変化をもたらし、また多くの場合、粒子の運動速度の変化、つまり身体の内部エネルギーの変化をもたらします。

等圧過程

まず等圧過程を考えてみましょう。 可動ピストンを備えたシリンダー内にある温度のガスを存在させる T１（図１）。

ガスをゆっくりと一定の温度まで加熱します T 2. ガスは等圧膨張し、ピストンは所定の位置から移動します。 1 位置を決める 2 距離Δまで 私。 ガスの圧力が作用します。 外部ボディ。 なぜなら p= const、次に圧力 F = 追記も一定です。 したがって、この力の仕事は次の式を使用して計算できます。

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

ここで、Δ V- ガス量の変化。

• 気体の体積が変化しない場合（等容性過程）、気体が行う仕事はゼロになります。

• 気体は体積が変化する過程でのみ仕事をします。

拡張時（Δ V> 0) ガスが完成しました ポジティブな仕事 (あ> 0); 圧縮中 (Δ V < 0) газа совершается отрицательная работа (あ < 0).

• 外力の働きを考えると あ " (あ " = –あ)、次に展開 (Δ V> 0) ガス あ " < 0); при сжатии (ΔV < 0) あ " > 0.

2 つの気体の状態に対するクラペイロン・メンデレーエフ方程式を書いてみましょう。

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

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

したがって、いつ 等圧過程

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

ν = 1 mol の場合、Δでは Τ = 1 K わかります R数値的に等しい あ.

このことから次のことがわかります 物理的な意味普遍気体定数: 数値的には、1 K で等圧加熱された場合に 1 モルの理想気体が行う仕事に等しくなります。

等圧プロセスではない

チャート上 p (V) 等圧プロセスでは、仕事は図 2 の影付きの長方形の面積に等しくなります。

プロセスの場合 等圧ではない(図 2、b)、関数曲線 p = f(V) は次からなる破線として表すことができます。 大量等高線と等圧線。 等圧セクションの仕事はゼロで、すべての等重セクションの仕事の合計は次と等しくなります。

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

それらの。 等しくなります 斜線部分の面積.

で 等温過程 (T= const) 仕事は、図 2、c に示す影付きの図形の面積に等しい。

ガスの体積が変化したときにガスの圧力がどのように変化するかがわかっている場合にのみ、最後の公式を使用して仕事を決定することが可能です。 関数の形式はわかっています p = f(V).

したがって、気体の体積の変化が同じであっても、仕事は気体の初期状態から最終状態への移行方法 (つまり、等温、等圧などのプロセス) に依存することは明らかです。州。 したがって、次のように結論付けることができます。

• 熱力学における仕事はプロセスの関数であり、状態の関数ではありません。

熱量

知られているように、さまざまな機械プロセス中に機械エネルギーの変化が発生します。 W。 機械的エネルギーの変化の尺度は、システムに加えられる力の仕事です。

\(~\デルタ W = A.\)

熱交換中に、体の内部エネルギーの変化が発生します。 熱伝達中の内部エネルギーの変化の尺度は熱量です。

熱量熱伝達中の内部エネルギーの変化の尺度です。

したがって、仕事と熱量は両方ともエネルギーの変化を特徴づけますが、内部エネルギーと同一ではありません。 それらは（内部エネルギーのように）システム自体の状態を特徴付けるものではありませんが、状態が変化するときの、あるタイプから別のタイプへ（ある物体から別の物体へ）エネルギーが移行するプロセスを決定し、プロセスの性質に大きく依存します。

仕事と熱の主な違いは、

• 仕事は、あるタイプから別のタイプへの（機械的なものから内部的なものへ）エネルギーの変換を伴う、システムの内部エネルギーを変化させるプロセスを特徴づけます。
• 熱量は、エネルギー変換を伴わない、ある物体から別の物体への内部エネルギーの移動（より加熱されたものからより低い加熱へ）のプロセスを特徴づけます。

加熱（冷却）

経験によれば、体の塊を温めるのに必要な熱量は メートル温度について T 1 から温度まで T 2、次の式で計算されます。

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

どこ c- 物質の比熱容量（表の値）。

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

比熱容量の SI 単位は、ジュール/キログラム ケルビン (J/(kg K)) です。

比熱 c数値的には、体重 1 kg の物体を 1 K 加熱するためにその物体に与えなければならない熱量に等しくなります。

比熱容量に加えて、物体の熱容量などの量も考慮されます。

熱容量体 C数値的には、体温を 1 K 変化させるのに必要な熱量に等しくなります。

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

物体の熱容量の SI 単位は、ジュール/ケルビン (J/K) です。

気化（結露）

液体を一定の温度で水蒸気に変えるには、ある量の熱を消費する必要があります。

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

どこ L- 蒸発比熱 (表の値)。 蒸気が凝縮すると、同じ量の熱が放出されます。

蒸発比熱の SI 単位は、キログラムあたりのジュール (J/kg) です。

溶解（結晶化）

重さを量る結晶体を溶かすには メートル融点では、体は熱量を伝達する必要があります

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

どこ λ - 融解比熱 (表の値)。 物体が結晶化すると、同じ量の熱が放出されます。

融解比熱の SI 単位は、キログラムあたりのジュール (J/kg) です。

燃料の燃焼

大量の燃料が完全燃焼する際に放出される熱量 メートル,

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

どこ q- 燃焼比熱 (表の値)。

燃焼比熱の SI 単位は、キログラムあたりのジュール (J/kg) です。

文学

アクセノビッチ LA 物理学 高校： 理論。 課題。 テスト：教科書。 一般教育を提供する機関に対する手当。 環境、教育 / L. A. アクセノビッチ、N. N. ラキナ、K. S. ファリノ。 エド。 K.S.ファリノ。 - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne、2004. - P. 129-133、152-161。

液体の蒸発は、蒸発する液体に熱が流入する場合にのみ可能であることがわかりました。 なぜそうなるのでしょうか?

まず、蒸発中に物質の内部エネルギーが増加します。 飽和蒸気の内部エネルギーは、この蒸気が形成された液体の内部エネルギーよりも常に大きくなります。 温度の変化を伴わない蒸発中の物質の内部エネルギーの増加は、主に物質が蒸気中を通過するときに分子間の平均距離が増加するという事実によって発生します。 同時に、分子を長距離にわたって引き離すためには、分子の相互の引力に勝つために仕事を費やす必要があるため、相互の位置エネルギーが増加します。

さらに、蒸気はそれが形成された液体よりも大きな体積を占めるため、仕事は外圧に対して行われます。 蒸発中に行われる仕事は、液体がシリンダー内で蒸発し、その結果生じる蒸気が大気圧に逆らって仕事をしながら軽いピストンによって持ち上げられることを想像すると特に明確になります(図492)。 この作業は計算が簡単です。 常圧、つまり温度で沸騰する水についてこの計算を行ってみましょう。 ピストンに面積 を持たせます。 それが普通だから 大気圧等しい場合、ピストンに力が働きます。 ピストンが まで上昇すれば作業完了です。 これにより、 ペア。 における蒸気の密度は に等しいため、蒸気の質量は に等しい。 したがって、蒸気が生成されると、外圧に対する仕事が費やされます。 .

米。 492. 結果として生じる蒸気がピストンを持ち上げます。 この場合、仕事は外部の圧力に抗して行われます。

水が蒸発するとき、（蒸発比熱）が消費されます。 私たちの計算が示すように、このうち、外部からの圧力に対抗するために費やされます。 したがって、 に等しい残りは、水のエネルギーと比較した蒸気の内部エネルギーの増加を表します。 ご覧のとおり、水の場合、蒸発中の熱の大部分は内部エネルギーを増加させるために使われ、外部仕事の実行にはほんの一部だけが費やされます。

297.1. 沸点におけるアルコールの蒸気密度が に等しいことがわかっている場合、アルコールの蒸発中の内部エネルギーの増加を求めます。