Внутренняя энергия. Два способа изменения внутренней энергии: работа и теплопередача. Виды теплопередачи.

Билет №1.

Тепловое движение. Связь температуры со скоростью движения его молекул. Объяснение изменений агрегатных состояний вещества на основе молекулярно-кинетических представлений.

Все тела состоят из мельчайших частиц – атомов и молекул. Иначе говоря, вещество имеет дискретную структуру. На основе теории о дискретном строении вещества можно объяснить и предсказать ряд его свойств.

Основы МКТ (молекулярно-кинетической теории)

1. Все вещества состоят из молекул (атомов).

2. Молекулы (атомы) постоянно и хаотически движутся.

3. Молекулы (атомы) взаимодействуют между собой.

4. Между молекулами (атомами) имеются промежутки.

Беспорядочное движение частиц, из которых состоят тела, называют тепловым движением.

Температура тела тесно связана со скоростью движения его молекул. Чем выше температура тела, тем больше скорость движения молекул. С понижением температуры, скорость молекул уменьшается.

В тепловом движении участвуют все молекулы тела, поэтому с изменением теплового движения изменяется и состояние тела, его свойства. Вещество может находиться в трех агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. Агрегатное состояние определяется температурой и внешним давлением.

Твердые тела. Кристаллы. Твердые тела сохраняют свою форму и объем.

В твердых телах наблюдается плотная упаковка частиц. Если сжать твердое тело, т.е. сблизить между собой частицы данного вещества, то между ними возникают силы отталкивания. Если увеличить объем тела, т.е. удалить частицы вещества друг от друга, то между ними возникают силы притяжения.

Некоторые тела встречаются в природе в виде кристаллов – тел, грани которого представляют собой правильные многоугольники. В природе встречаются твердые тела типа стекла, которые не имеют зернистой структуры. Они называются аморфными. Частицы, из которых состоит кристалл: молекулы, атомы или ионы, образуют в пространстве правильную кристаллическую решетку, состоящую из отдельных ячеек. Регулярное же расположение элементов кристаллической решетки повторяется в пределах от сотен до десятков тысяч слоев. На этом основании говорят, что в кристалле наблюдается дальний порядок в упаковке частиц, из которых он построен.

Жидкости. Аморфные тела. Жидкости сохраняют объем, но не сохраняют форму.

Частицы жидкости не образуют кристаллической решетки. Правильное расположение частиц наблюдается в пределах двух-трех слоев, дальше этот порядок нарушается. Поэтому говорят, что при упаковке частиц в жидкости наблюдается ближний порядок. В результате частицы, из которых состоит жидкость, могут довольно свободно скользить относительно друг друга. Этим объясняется хорошая текучесть жидкостей, их способность легко менять свою форму под действием даже незначительных сил.

Сжимаемость жидкостей мало отличается от сжимаемости кристаллов. Причина заключается в плотной упаковке частиц вещества, как в кристаллах, так и в жидкостях.

Структура аморфных твердых тел аналогична структуре жидкостей, а не кристаллов. В аморфных телах также наблюдается ближний порядок в упаковке частиц. Аморфные тела очень вязкие жидкости.

Газ. Плазма. Газы не сохраняют форму и не сохраняют объем.

Газы легко сжимаются. Газ занимает весь предоставленный ему объем. Так как у газов расстояния между частицами значительные, то взаимодействием между частицами вещества можно пренебречь. Большинство газов состоят из молекул. Только инертные газы и пары металлов состоят из атомов.

Билет №2.

Внутренняя энергия. Два способа изменения внутренней энергии: работа и теплопередача. Виды теплопередачи.

Внутренней энергией называется сумма кинетических энергий всех частиц, из которых состоит тело, и потенциальных энергий взаимодействия этих частиц между собой.

Внутренняя энергия зависит от его температуры. Температура характеризует среднюю кинетическую энергию частиц вещества. При изменении температуры меняется расстояние между частицами, следовательно, меняется и энергия взаимодействия между ними.

Внутренняя энергия меняется также при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое. Процессы, связанные с изменением температуры или агрегатного состояния вещества, называют тепловыми.

Одним из способов изменения внутренней энергии является работа. Так при трении двух тел происходит повышение их температуры, т.е. возрастает их внутренняя энергия. Например, при обработке металлов – сверлении, обточке, фрезеровании.

При контакте двух тел с разными температурами происходит передача энергии от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой. Процесс передачи энергии от одного тела к другому, имеющему более низкую температуру, называется теплообменом.

Существуют три вида теплообмена:

Теплопроводность – это явление передачи энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело. Опыт: Налейте в стакан кипяток и опустите туда чайную ложечку, придерживая её пальцами. Вы почувствуете, что ложечка, которая вначале была холодной, быстро становится горячей. Ещё быстрее это произойдет, если ваша ложечка окажется серебряной или алюминиевой.

Наибольшей теплопроводностью обладают металлы. Вещества с низкой теплопроводностью используются в качестве теплоизоляторов. Войлок, сукно, вата, меха используются широко для этой цели. Двойные стекла с прослойкой воздуха хорошо теплоизолируют окна. Если бы теплопроводность металлов определялась только колебаниями частиц в узлах кристаллической решетки, то она бы не отличалась от теплопроводности изоляторов. Но в металлах есть еще множество свободных электронов – электронный газ, который и обеспечивает их высокую теплопроводность.

Конвекция – это процесс теплопередачи, осуществляемый путем переноса энергии потоками жидкости или газа. Явление конвекции можно объяснить законом Архимеда и явлением теплового расширения тел. При повышении температуры объем жидкости возрастает, а плотность уменьшается. Под действием архимедовых сил менее плотная нагретая жидкость поднимается вверх, а более плотная холодная жидкость опускается вниз. Данный процесс часто называется естественной конвекцией. Возможна ещё и принудительная конвекция: потоки нагретой (или охлажденной) жидкости или газа переносится под действием насосов.

Типичными примерами конвекции в атмосфере являются ветры. Нагреваясь над одними участками Земли и охлаждаясь над другими, воздух начинает циркулировать, перенося с собой энергию и влагу. С явлением конвекции связаны процессы горообразования.

Излучение – это процесс теплопередачи, осуществляемый путем переноса энергии с помощью электромагнитных волн. Это радиоволны, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское излучение, а также видимое излучение – свет. Солнечное излучение – основа жизни на Земле. Темные тела нагреваются лучше, чем блестящие. Это происходит потому, что темные тела лучше поглощают поступающие к ним электромагнитные волны, а тела с блестящей и светлой поверхностью большую часть этих волн отражают.

Билет №3.