Що має на увазі зміна внутрішньої енергії

Протягом кількох століть вчені-фізики припускали, що температура визначається наявністю в газах невидимого і невагомого речовини теплорода. Було висунуто безліч теорій, пояснюють його переміщення всередині речовини і між різними предметами. Тільки М.В. Ломоносов зумів пояснити реальну природу речовини, створивши молекулярно-кінетичну теорію газів. У своїх міркуваннях і викладках йому вдалося довести, що теплорода в природі немає. Температура залежить від швидкості хаотичного руху молекул. Він ввів поняття внутрішньої енергії, а також пояснив, як вона змінюється в реальному процесі.

Які аргументи наводив М.В. Ломоносов для доказу молекулярно-кінетичної теорії газів

Висловивши вперше припущення про те, що ніякого теплорода не існує в природі, він зустрів найпотужніше опір від маститих учених того періоду. Вони всі визнавали наявність теплорода, а початківець дослідник - ні. Тоді на одній із зустрічей з німецькими та англійськими фізиками було сказано наступне: «Шановні вчителі. Звідки взявся теплород в організмі корови? Вона з`їла холодну траву, а потім її тіло стало тепле від того, що в її нутрощах відбулася зміна внутрішньої енергії. Звідки вона виникла? А походження тепла в тілі пояснюється тим, що трава має хімічну енергію, яку організм тварини перетворив в це тепло. Значить, ми спостерігаємо явище переходу енергії з одного стану в інший ». Його вислухали, задали десятки питань. За підсумками дискусії було сформульовано і закон зміни енергії (його ще називають законом збереження енергії), який був визнаний всіма присутніми. Пізніше був виданий невеликий збірник гіпотез, який з`явився першим виданням, де була визнана молекулярно-кінетична теорія газів.

Що дала дослідникам теорія М.В. Ломоносова

Це сьогодні здається, що в термодинаміки все логічно. Але слід пам`ятати, що пройшло більше 250 років від перших припущень до наших днів. Французький дослідник Ж. Шарль відкрив закон пропорційності зростання тиску при збільшенні температури газу. Він тоді пояснив зміну внутрішньої енергії газу при нагріванні. Вивів свою формулу. Його дослідження через 20 років продовжив Гей-Люссак, який досліджував нагрів газу при постійному тиску. Він спостерігав, як змінює своє положення поршень, розміщений всередині скляного циліндра при нагріванні і охолодженні. Тут він впритул підійшов до відкриття поняття про газову постійною. Він не скористався дослідженнями, які виконав на 140 років раніше Роберт Бойль. Тільки роботи Маріотта, виконані пізніше і сформульовані в законі Бойля-Маріотта, допомогли Бенуа Поль Еміль Клапейрон сформулювати перше поняття про зрівняння стану ідеального газу.

Через 40 років Д.І. Менделєєв доповнив рівняння стану результатами своїх досліджень. Тепер закон Клайперона-Менделєєва є основою для термодинаміки усього світу. Він математично визначає зміну внутрішньої енергії від температури газу. Відкриття базових законів підтверджувалися і практикою. Були створені теплові машини, що працюють на термодинамічних циклах Отто, Дизеля, Трінклера та інших вчених.

Тільки на початку XX століття був узагальнений досвід попередників і написані підручники з молекулярної фізики та технічної термодинаміки, які струнко і логічно викладають всю сукупність відкриттів.

Кілька слів про закон стану ідеального газу

pV = mRT

Сьогодні при виведенні будь-яких залежностей використовується рівняння стану ідеального газу. Нікого не бентежать входять до нього параметри, які мають цілком певні поняття. Висновки з основного газового закону дають ще одну важливу формулу, що характеризує зміну внутрішньої енергії:

dU = cvDT,

тут dU і є диференціал зміни внутрішньої енергії, а cv - це теплоємність газу при постійному обсязі. В результаті міркувань про природу газової постійної R встановлено, що вона характеризує роботу газу при постійному тиску.