내부 신체 에너지상수 값일 수 없습니다. 그것은 어떤 신체에서도 바뀔 수 있습니다. 체온을 높이면 내부 에너지증가할 것이기 때문이다. 분자 운동의 평균 속도가 증가합니다. 따라서 신체 분자의 운동 에너지가 증가합니다. 그리고 반대로 온도가 낮아지면 신체의 내부 에너지도 감소합니다.

우리는 다음과 같이 결론을 내릴 수 있습니다. 분자의 운동 속도가 변하면 신체의 내부 에너지도 변합니다.분자의 이동 속도를 높이거나 낮추는 데 어떤 방법을 사용할 수 있는지 알아 보겠습니다. 다음 실험을 고려해보세요. 벽이 얇은 황동관을 스탠드에 부착해 보겠습니다. 튜브에 에테르를 채우고 마개로 닫습니다. 그런 다음 밧줄로 묶고 밧줄을 안쪽으로 집중적으로 움직이기 시작합니다. 다른 측면. 일정 시간이 지나면 에테르가 끓고 증기의 힘으로 플러그가 밀려 나옵니다. 경험에 따르면 물질(에테르)의 내부 에너지가 증가한 것으로 나타났습니다. 결국 온도가 변하는 동시에 끓게 됩니다.

튜브를 로프로 문질렀을 때 수행된 작업으로 인해 내부 에너지가 증가했습니다.

우리가 알고 있듯이 신체의 가열은 충격, 굴곡 또는 확장 중에, 더 간단히는 변형 중에도 발생할 수 있습니다. 주어진 모든 예에서 신체의 내부 에너지가 증가합니다.

따라서 신체에 작용을 함으로써 신체의 내부 에너지를 증가시킬 수 있습니다.

신체 자체가 작업을 수행하면 내부 에너지가 감소합니다.

또 다른 실험을 생각해 봅시다.

우리는 벽이 두껍고 특수하게 만들어진 구멍을 통해 마개로 막혀 있는 유리 용기에 공기를 주입합니다.

잠시 후 코르크가 용기 밖으로 날아갑니다. 마개가 용기 밖으로 날아가는 순간 안개가 형성되는 것을 볼 수 있습니다. 결과적으로 그 형성은 용기 안의 공기가 차가워졌다는 것을 의미합니다. 용기에 있는 압축 공기는 플러그를 밀어낼 때 일정량의 작업을 수행합니다. 이 작품그는 내부 에너지로 인해 수행하며 동시에 감소합니다. 내부 에너지 감소에 대한 결론은 용기 내 공기 냉각을 기반으로 도출될 수 있습니다. 따라서, 신체의 내부 에너지는 특정 작업을 수행하여 변경될 수 있습니다.

그러나 내부 에너지는 일을 하지 않고도 다른 방식으로 바뀔 수 있습니다. 예를 들어 보겠습니다. 스토브 위에 놓인 주전자의 물이 끓고 있습니다. 공기와 실내의 다른 물체는 중앙 라디에이터에 의해 가열됩니다. 안에 유사한 사례, 내부 에너지가 증가하기 때문에 체온이 증가합니다. 그러나 작업은 완료되지 않았습니다. 그래서 우리는 결론을 내립니다. 일정량의 작업 수행으로 인해 내부 에너지의 변화가 발생하지 않을 수 있습니다.

또 다른 예를 살펴보겠습니다.

금속 뜨개질 바늘을 물 한 컵에 넣습니다. 분자의 운동에너지 뜨거운 물, 더 운동에너지차가운 금속 입자. 뜨거운 물 분자는 운동 에너지의 일부를 차가운 금속 입자로 전달합니다. 따라서 물 분자의 에너지는 특정 방식으로 감소하는 반면 금속 입자의 에너지는 증가합니다. 수온이 낮아지고 뜨개질바늘의 온도도 서서히 낮아지게 됩니다. 증가할 것입니다. 앞으로는 뜨개질 바늘과 물의 온도 차이가 사라질 것이다. 이 경험으로 인해 우리는 내부 에너지의 변화를 보았습니다. 다른 신체. 우리는 다음과 같이 결론을 내립니다. 열전달로 인해 다양한 물체의 내부 에너지가 변합니다.

신체나 신체 자체에 특별한 일을 하지 않고 내부에너지를 변환시키는 과정을 '신체에너지'라 한다. 열 전달.

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신체의 내부 에너지를 변경하는 방법에는 일과 열 전달이 있습니다.

작업이 수행되면 마찰과 비탄성 변형의 두 가지 경우에 변경됩니다. 마찰력에 의해 일을 하면 감소로 인해 내부에너지가 증가한다. 기계적 에너지, 마찰하는 몸체가 뜨거워집니다. 신체가 비탄성 압축되는 경우 기계적 에너지가 감소하여 내부 에너지가 증가합니다.

열전달은 일을 하지 않고 내부 에너지를 변화시키는 과정이며, 한 물체의 내부 에너지는 다른 물체의 내부 에너지 감소로 인해 증가합니다. 에너지 전환은 더 많은 것을 가진 신체에서 비롯됩니다. 고온온도가 낮은 신체에. 열전도율, 대류 및 복사 옵션이 있습니다.
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내부 에너지는 일정한 값이 아닙니다. 바뀔 수도 있습니다. 신체의 온도를 높이면 내부 에너지가 증가합니다(분자의 평균 속도가 증가합니다). 온도가 낮아지면 신체의 내부 에너지가 감소합니다.

경험을 생각해 봅시다.
벽이 얇은 황동관을 스탠드에 부착해 보겠습니다. 튜브에 에테르를 채우고 마개로 닫습니다. 우리는 그것을 밧줄로 묶고 밧줄을 옆으로 집중적으로 움직이기 시작합니다. 잠시 후 에테르가 끓고 증기의 힘으로 플러그가 밀려 나옵니다. 물질(에테르)의 내부 에너지가 증가했습니다. 온도가 바뀌고 끓었습니다. 수행되는 작업으로 인해 내부 에너지가 증가했습니다.

신체의 가열은 충격, 굴곡, 확장 또는 변형 중에도 발생할 수 있습니다. 신체의 내부 에너지가 증가합니다.

신체에 대한 활동을 통해 신체의 내부 에너지를 증가시킬 수 있습니다. 신체 자체가 작업을 수행하면 내부 에너지가 감소합니다.

경험을 생각해 봅시다.
우리는 벽이 두껍고 특수하게 만들어진 구멍을 통해 마개로 막혀 있는 유리 용기에 공기를 주입합니다.

잠시 후 코르크가 용기 밖으로 날아갑니다. 마개가 용기 밖으로 날아가는 순간 안개가 형성되는 것을 볼 수 있습니다. 그 형성은 용기 안의 공기가 차가워졌다는 것을 의미합니다. 용기에 있는 압축 공기는 플러그를 밀어낼 때 일정량의 작업을 수행합니다. 그는 감소된 내부 에너지로 인해 이 작업을 수행합니다. 내부 에너지 감소에 대한 결론은 용기 내 공기 냉각을 기반으로 도출될 수 있습니다. 따라서 신체의 내부 에너지는 특정 작업을 수행하여 변경될 수 있습니다.

그러나 내부 에너지는 일을 하지 않고도 다른 방식으로 바뀔 수 있습니다.

예를 살펴보겠습니다.
난로 위에 놓인 주전자의 물이 끓고 있습니다. 공기와 실내의 다른 물체는 중앙 라디에이터에 의해 가열됩니다. 그러한 경우 내부 에너지가 증가하므로 체온이 증가합니다. 그러나 작업은 완료되지 않았습니다. 이는 특정 작업의 수행으로 인해 내부 에너지의 변화가 발생하지 않을 수 있음을 의미합니다.

예를 살펴보겠습니다.
금속 뜨개질 바늘을 물 한 컵에 넣습니다. 뜨거운 물 분자의 운동 에너지는 차가운 금속 입자의 운동 에너지보다 큽니다. 뜨거운 물 분자는 운동 에너지의 일부를 차가운 금속 입자로 전달합니다. 따라서 물 분자의 에너지는 특정 방식으로 감소하는 반면 금속 입자의 에너지는 증가합니다. 수온이 낮아지고 뜨개질 바늘의 온도가 서서히 높아집니다. 앞으로는 뜨개질 바늘과 물의 온도 차이가 사라질 것이다. 이 경험으로 인해 우리는 다양한 신체의 내부 에너지에 변화를 보았습니다. 우리는 열 전달로 인해 다양한 신체의 내부 에너지가 변한다고 결론을 내립니다.

신체 또는 신체 자체에 특정 작업을 수행하지 않고 내부 에너지를 변환하는 과정을 열 전달이라고 합니다.

MKT에 따르면 모든 물질은 지속적인 열 운동을 하고 서로 상호 작용하는 입자로 구성됩니다. 따라서 신체가 움직이지 않고 위치에너지가 0이더라도 에너지(내부에너지)를 갖게 되는데, 이는 신체를 구성하는 미세입자들의 움직임과 상호작용의 총에너지이다. 내부 에너지에는 다음이 포함됩니다.

1. 분자의 병진, 회전 및 진동 운동의 운동 에너지;
2. 원자와 분자 상호작용의 잠재적 에너지;
3. 원자 내 및 핵 내 에너지.

열역학에서는 공정이 다음과 같은 온도에서 고려됩니다. 진동 운동분자 속의 원자, 즉 1000K를 초과하지 않는 온도에서. 이 과정에서는 내부 에너지의 처음 두 구성 요소만 변경됩니다. 그렇기 때문에

아래에 내부 에너지열역학에서 우리는 신체의 모든 분자와 원자의 운동 에너지와 상호 작용의 위치 에너지의 합을 이해합니다.

신체의 내부 에너지는 열 상태를 결정하고 한 상태에서 다른 상태로 전환하는 동안 변경됩니다. 특정 상태에서 신체는 이 상태로 전환되는 과정과 관계없이 완전히 명확한 내부 에너지를 갖습니다. 그래서 흔히 내부에너지라고 부른다. 신체 상태의 기능.

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

어디 나- 자유도. 단원자 가스용(예: 비활성 가스) 나= 3, 이원자의 경우 - 나 = 5.

이 공식으로부터 이상 기체의 내부 에너지는 다음과 같습니다. 온도와 분자수에만 의존함부피나 압력에 의존하지 않습니다. 따라서 이상 기체의 내부 에너지 변화는 온도 변화에 의해서만 결정되며 기체가 한 상태에서 다른 상태로 이동하는 과정의 특성에 의존하지 않습니다.

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

여기서 Δ 티 = 티 2 - 티 1 .

• 실제 가스의 분자는 서로 상호 작용하므로 위치 에너지를 갖습니다. 여 p는 분자 사이의 거리와 가스가 차지하는 부피에 따라 달라집니다. 따라서 실제 가스의 내부 에너지는 온도, 부피 및 분자 구조에 따라 달라집니다.

*공식의 유도

분자의 평균 운동 에너지 \(~\left\langle W_k \right\rangle = \dfrac (i)(2) \cdot k \cdot T\).

가스의 분자 수는 \(~N = \dfrac (m)(M) \cdot N_A\)입니다.

따라서 이상기체의 내부에너지는

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

그것을 고려하면 k⋅N A= 아르 자형는 보편적인 기체 상수이고, 우리는

\(~U = \dfrac (i)(2) \cdot \dfrac (m)(M) \cdot R \cdot T\) - 이상 기체의 내부 에너지.

내부에너지의 변화

해결하려면 실질적인 문제중요한 역할을 하는 것은 내부 에너지 자체가 아니라 그 변화 Δ 유 = 유 2 - 유 1. 내부 에너지의 변화는 에너지 보존 법칙에 따라 계산됩니다.

신체의 내부 에너지는 두 가지 방식으로 변할 수 있습니다.

1. 커밋할 때 기계적인 작업.
2. a) 외력이 물체의 변형을 일으키면 물체를 구성하는 입자 사이의 거리가 변하므로 입자 상호 작용의 위치 에너지가 변합니다. 또한 비탄성 변형 중에 체온이 변합니다. 입자의 열 운동의 운동 에너지가 변합니다. 그러나 신체가 변형되면 일이 이루어지며, 이는 신체 내부 에너지의 변화를 측정하는 척도입니다. b) 신체의 내부 에너지는 다른 신체와의 비탄성 충돌 중에도 변합니다. 앞에서 본 것처럼 물체의 비탄성 충돌 중에 운동 에너지가 감소하고 내부 에너지로 변합니다. 예를 들어 모루에 놓인 와이어를 망치로 여러 번 치면 와이어가 가열됩니다. 물체의 운동 에너지 변화의 척도는 운동 에너지 정리에 따르면 작용하는 힘의 작용입니다. 이 작업은 내부 에너지 변화의 척도 역할을 할 수도 있습니다. c) 마찰의 영향으로 신체의 내부 에너지 변화가 발생합니다. 경험에서 알 수 있듯이 마찰은 항상 마찰 물체의 온도 변화를 동반하기 때문입니다. 마찰력이 한 일은 내부 에너지 변화의 척도가 될 수 있습니다.

도움으로 열교환. 예를 들어 물체를 버너 불꽃 속에 넣으면 온도가 변하므로 내부 에너지도 변합니다. 그러나 여기서는 신체 자체나 부품의 눈에 띄는 움직임이 없었기 때문에 아무런 작업도 수행되지 않았습니다.

일을 하지 않고 계의 내부에너지가 변화하는 현상을 '계'라고 한다.

열교환 (열전달).열 전달에는 전도, 대류, 복사의 세 가지 유형이 있습니다. 에이)열전도율

신체 입자의 열 혼란스러운 움직임으로 인해 신체 (또는 신체 일부)가 직접 접촉하는 동안 열 교환 과정입니다. 분자 진동 진폭 단단한많을수록 온도가 높아집니다. 가스의 열전도도는 충돌 중에 가스 분자 사이의 에너지 교환으로 인해 발생합니다. 액체의 경우 두 가지 메커니즘이 모두 작동합니다. 물질의 열전도율은 고체 상태에서 최대이고 기체 상태에서 최소입니다.

비) 전달액체 또는 기체의 가열된 흐름이 차지하는 부피의 일부 영역에서 다른 영역으로의 열 전달을 나타냅니다.

c) 열교환

방사

열역학적 과정을 고려할 때 매크로바디의 기계적 움직임은 전체적으로 고려되지 않습니다. 여기서 일의 개념은 체적의 변화, 즉 서로에 대한 거대체 부분의 움직임. 이 과정은 입자 사이의 거리를 변화시키고 종종 이동 속도를 변화시켜 신체의 내부 에너지를 변화시킵니다.

등압 과정

먼저 등압 과정을 고려해 보겠습니다. 일정한 온도에서 움직일 수 있는 피스톤이 있는 실린더에 가스가 있다고 가정합니다. 티 1 (그림 1).

가스를 천천히 온도까지 가열하겠습니다. 티 2. 가스는 등압적으로 팽창하고 피스톤은 위치에서 이동합니다. 1 위치에 2 거리 Δ 엘. 가스 압력이 작용할 것입니다. 외부 몸체. 왜냐하면 피= const이면 압력 에프 = p⋅S그것도 꾸준히. 따라서 이 힘의 일은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

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

여기서 Δ 다섯- 가스량의 변화.

• 기체의 부피가 변하지 않으면(등방성 과정) 기체가 한 일은 0입니다.

• 가스는 부피를 변경하는 과정에서만 작업을 수행합니다.

확장할 때(Δ 다섯> 0) 가스가 완료되었습니다 긍정적인 일 (에이> 0); 압축 중 (Δ 다섯 < 0) газа совершается отрицательная работа (에이 < 0).

• 외부 힘의 작용을 고려한다면 에이 " (에이 " = –에이), 확장 (Δ 다섯> 0) 가스 에이 " < 0); при сжатии (Δ다섯 < 0) 에이 " > 0.

두 가지 기체 상태에 대한 Clapeyron-Mendeleev 방정식을 작성해 보겠습니다.

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

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

그러므로 언제 등압 과정

\(~A = \nu \cdot R \cdot \델타 T .\)

ν = 1 mol이면 Δ에서 Τ = 1K 우리는 그것을 얻습니다 아르 자형수치적으로 동일하다 에이.

이것으로부터 다음과 같다 물리적 의미보편적인 기체 상수: 이상기체를 1K 등압으로 가열했을 때 이상기체 1몰이 한 일과 수치적으로 동일합니다.

등압 과정이 아님

차트에서 피 (다섯) 등압 과정에서 작업은 그림 2의 음영처리된 직사각형의 면적과 같습니다.

과정이라면 등압이 아닌(그림 2, b), 함수 곡선 피 = 에프(다섯)는 다음과 같이 점선으로 표현될 수 있다. 대량아이소코어와 아이소바. 등압 섹션에 대한 작업은 0이고 모든 등압 섹션에 대한 총 작업은 다음과 같습니다.

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

저것들. 평등할 것이다 음영처리된 그림의 면적.

~에 등온 과정 (티= const) 작업은 그림 2, c에 표시된 음영 그림의 면적과 같습니다.

부피가 변할 때 가스 압력이 어떻게 변하는지 아는 경우에만 마지막 공식을 사용하여 작업을 결정할 수 있습니다. 함수의 형태가 알려져 있다 피 = 에프(다섯).

따라서 기체 부피가 동일하게 변화하더라도 작업은 기체의 초기 상태에서 최종 상태로의 전이 방법(즉, 과정: 등온, 등압...)에 따라 달라집니다. 상태. 따라서 우리는 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다.

• 열역학에서의 일은 상태의 함수가 아니라 과정의 함수입니다.

열량

알려진 바와 같이, 다양한 기계적 공정 중에 기계적 에너지의 변화가 발생합니다. 여. 기계적 에너지 변화의 척도는 시스템에 가해지는 힘의 작용입니다.

\(~\델타 W = A.\)

열교환 중에 신체의 내부 에너지에 변화가 발생합니다. 열 전달 중 내부 에너지 변화의 척도는 열량입니다.

열량열 전달 중 내부 에너지 변화를 측정한 것입니다.

따라서 일과 열량은 모두 에너지 변화의 특징을 나타내지만 내부 에너지와 동일하지는 않습니다. 그들은 내부 에너지처럼 시스템 자체의 상태를 특성화하지 않지만 상태가 변경될 때 한 유형에서 다른 유형으로(한 신체에서 다른 신체로) 에너지 전환 과정을 결정하고 프로세스의 성격에 크게 의존합니다.

일과 열의 주요 차이점은 다음과 같습니다.

• 작업은 한 유형에서 다른 유형으로(기계에서 내부로) 에너지의 변환과 함께 시스템의 내부 에너지를 변경하는 과정을 특징으로 합니다.
• 열의 양은 에너지 변환을 수반하지 않고 한 몸체에서 다른 몸체로(더 가열된 것에서 덜 가열된 것으로) 내부 에너지를 전달하는 과정을 특징으로 합니다.

난방(냉방)

경험에 따르면 신체 질량을 가열하는 데 필요한 열량이 중온도에 티 1 ~ 온도 티 2, 공식으로 계산

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

어디 기음- 물질의 비열 용량(표 값)

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

비열 용량의 SI 단위는 킬로그램 켈빈당 줄(J/(kg K))입니다.

비열 기음는 1kg의 물체를 1K만큼 가열하기 위해 1kg의 물체에 전달되어야 하는 열량과 수치적으로 동일합니다.

비열 용량 외에도 신체의 열용량과 같은 양도 고려됩니다.

열용량몸 기음체온을 1K 변화시키는 데 필요한 열량과 수치적으로 동일합니다.

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

신체 열용량의 SI 단위는 켈빈당 줄(J/K)입니다.

기화(응축)

일정한 온도에서 액체를 증기로 변화시키려면 일정량의 열을 소비해야 합니다.

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

어디 엘- 기화 비열 (표 값). 증기가 응축되면 동일한 양의 열이 방출됩니다.

기화 비열의 SI 단위는 킬로그램당 줄(J/kg)입니다.

용융(결정화)

결정체의 무게를 녹이기 위해 중녹는점에서 신체는 열의 양을 전달해야 합니다.

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

어디 λ - 비융해열(표 값). 신체가 결정화되면 동일한 양의 열이 방출됩니다.

융해열의 SI 단위는 킬로그램당 줄(J/kg)입니다.

연료 연소

연료 덩어리가 완전 연소되는 동안 방출되는 열의 양 중,

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

어디 큐- 연소 비열(표 값).

연소 비열의 SI 단위는 킬로그램당 줄(J/kg)입니다.

문학

Aksenovich L. A. 물리학 고등학교: 이론. 과제. 테스트: 교과서. 일반 교육을 제공하는 기관에 대한 수당. 환경, 교육 / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; 에드. K. S. 파리노. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - P. 129-133, 152-161.

우리는 증발하는 액체에 열이 유입되는 경우에만 액체의 증발이 가능하다는 것을 알아냈습니다. 왜 그럴까요?

첫째, 증발하는 동안 물질의 내부 에너지가 증가합니다. 포화 증기의 내부 에너지는 항상 이 증기가 형성된 액체의 내부 에너지보다 큽니다. 온도 변화 없이 증발하는 동안 물질의 내부 에너지 증가는 주로 물질이 증기에 들어갈 때 분자 사이의 평균 거리가 증가한다는 사실 때문에 발생합니다. 동시에, 분자를 장거리로 멀리 이동시키려면 분자가 서로 끌어당기는 힘을 극복하기 위해 작업이 소비되어야 하기 때문에 상호 포텐셜 에너지가 증가합니다.

또한 증기는 증기가 형성된 액체보다 더 많은 부피를 차지하기 때문에 외부 압력에 대해 작업이 수행됩니다. 기화 중에 수행되는 작업은 액체가 실린더에서 증발하고 생성된 증기가 대기압에 반대되는 작업을 수행하면서 가벼운 피스톤(그림 492)에 의해 들어올려지는 것을 상상하면 특히 명확해집니다. 이 작업은 계산하기 쉽습니다. 정상 압력, 즉 온도에서 물이 끓는 것에 대해 이 계산을 해보겠습니다. 피스톤에 면적을 갖도록 하십시오. 정상이니까 기압동일하면 피스톤에 힘이 작용합니다. 피스톤이 만큼 올라가면 작업이 완료됩니다. 이는 쌍. 증기 밀도는 와 같으므로 증기 질량은 와 같습니다. 결과적으로 증기가 형성될 때 외부 압력에 대항하는 일이 소모될 것이다. .

쌀. 492. 생성된 증기가 피스톤을 들어 올립니다. 이 경우 외부 압력에 대항하여 작업이 수행됩니다.

물이 증발하면 비증발열(비증발열)이 소비됩니다. 우리의 계산에 따르면 이들 중 외부 압력에 맞서 일하는 데 소비됩니다. 따라서 나머지는 물의 에너지에 비해 증기의 내부 에너지의 증가를 나타냅니다. 보시다시피, 물의 경우 증발 중 열의 대부분은 내부 에너지를 증가시키는 데 사용되며 외부 작업을 수행하는 데는 작은 부분만 소비됩니다.

297.1. 끓는점에서 알코올의 증기 밀도가 다음과 같다고 알려진 경우, 알코올이 증발하는 동안 내부 에너지의 증가를 결정합니다.