Внутрішня енергія речовини
Щоб відповісти на питання, що таке внутрішня енергія, давайте згадаємо приклад, який наводив шкільний викладач, пояснюючи сенс кінетичної і потенційної енергій. Якщо говорити простою мовою, то перша з них - це енергія переміщення, якою володіє будь-яке рухоме тіло, а друга - нереалізована здатність виконати будь-яку роботу. Причому обидві ці енергії здатні «перетікати» одна в іншу.
Давайте скористаємося прикладом. На пластичної поверхні (свинцевий лист) знаходиться важкий металевий кулю. Візьмемо його і піднімемо на висоту витягнутої руки. Поки він рухався до верхньої точки, його кінетична енергія зменшувалася, а потенційна зростала, досягнувши свого максимуму в момент зупинки. Але ось ми відпускаємо куля, і він під дією гравітації спрямовується вниз. Що відбувається в цей момент? Дуже просто: потенційна (накопичена) енергія перетворюється в прискорений рух. Так відбувається до тих пір, поки куля не впаде на поверхню і не зупиниться (саме тому в прикладі ми взяли пластичну основу). На перший погляд може здатися, що енергія кулі зникла, проте це не так, тому що внутрішня енергія збільшилася. Якщо уважно оглянути місце падіння, то там видно вм`ятина в металі, та й куля деформувався (особливо, якщо він також свинцевий). Крім того, в місці зіткнення виділилося тепло.
Що при цьому відбувається на молекулярному рівні в структурі металу? Молекули, що утворять матеріал, об`єднані один з одним силами взаємного тяжіння і відштовхування. Деформація викликає зміщення деяких з них, в результаті чого змінюється загальна внутрішня енергія. Ці частинки непомітні оку, але також володіють кінетичної і потенційної енергіями. Зміщення у внутрішній структурі через падіння повідомляє додаткову енергію молекулам. Внутрішня енергія обумовлена взаємодією частинок, тому існує завжди. Це одна з характеристик матерії. Внутрішня енергія - це сума потенційної і кінетичної, притаманна всім молекулам і атомам даного тіла.
Існує формула розрахунку. Важливий момент - такий спосіб підходить лише для розрахунку ідеального газу. У ньому потенційна енергія
F = (I / 2) * (m / M) * T * R,
де I - коефіцієнт ступенів свободи. Тут враховується тільки кількість молекул m і навколишня температура T. У реальних газових середовищах додатково потрібно передбачати обіймав обсяг, тиск і структуру самих молекул.
Говорячи про взаємне перетворення видів енергії не можна не вказати Ю. Р. Майера. Будучи корабельним лікарем, він звернув увагу на відмінність інтенсивності забарвлення крові у матросів та мешканців холодних країн. Згодом саме він вказав на одне з головних властивостей енергії - її сталість. Вона нікуди не зникає, а лише перетворюється в інші види, при цьому сумарне значення зберігається незмінним.
Внутрішня енергія води також підпорядковується загальним законам. Приміром, морякам добре відомо, що після минулої бурі температура води за бортом корабля завжди вище, ніж до неї. Це сталося завдяки тому, що атмосферний фронт повідомив частину своєї енергії масі води, нагрів її. Інший приклад, з яким кожна людина стикається щодня - це кип`ятіння. Досить поставити ємність з водою на плиту і включити газ, як внутрішня енергія рідини починає зростати. Молекули отримують додатковий імпульс, швидкість їх руху зростає. Відповідно, число взаємних зіткнень також стає більше. Але якщо прибрати джерело зовнішньої температури, то вода охолоне не відразу. Це відбувається через накопиченої в русі частинок внутрішньої енергії. До речі, процес охолодження також є прояв закону збереження: навколишнє повітря нагрівається і розширюється, здійснюючи роботу.
Повна механічна енергія тіл і систем Величина, яка прирівнюється до половині від твору маси даного тіла на швидкість цього тіла в квадраті, називається у фізиці кінетичної енергією тіла або енергією дії. Зміна або непостійність кінетичної або рушійною енергії тіла за деякий час буде…
Закони термодинаміки Термодинаміка - розділ фізики, в рамках якого вивчається взаємне перетворення теплоти в рух і навпаки. Будучи досить обширним розділом, дана частина прикладної фізики ділиться на кілька різних підрозділів, до яких відносяться: Основні закони…
Перший початок термодинаміки - це початок усього сущого Предметом вивчення термодинаміки є енергія у всіх її проявах і, найголовніше, переходи енергії з одного виду в інший. Так склалося, що сам термін виник на зорі наукових досліджень в області енергії, а на той момент перелік різних видів енергії був…
Енергія електричного поля Говорячи про те, що таке енергія електричного поля, не можна не вказати, що це найважливіший його параметр. Незважаючи на те, що сам термін «енергія» досить звичний і, на перший погляд, очевидна, в даному випадку потрібно добре розуміти, про що йде…
Теплова енергія Енергія - здатність тіла виконувати роботу. Виділяють такі її види: електричну, механічну, гравітаційну, ядерну, хімічну, електромагнітну, теплову та інші.Перша - енергія електронів, що рухаються по ланцюгу. Найчастіше вона використовується для…
Кінетична і потенційна енергія Однією з характеристик будь-якої системи є її кінетична і потенційна енергія. Якщо яка-небудь сила F надає дію на що знаходиться в спокої тіло таким чином, що останнє приходить в рух, то має місце здійснення роботи dA. У цьому випадку значення…
Закон збереження енергії - основа основ У своїй повсякденній діяльності людина використовує найрізноманітнішу енергію: теплову, механічну, ядерну, електромагнітну, і т.д. Однак поки будемо розглядати тільки одну її форму - механічну. Тим більше що з точки зору історії розвитку фізики,…
Що таке енергія Гіббса Мимовільність протікання процесів в системах відкритого та закритого типів описується через спеціальний критерій, який отримав назву енергія Гіббса. Він є функцією стану. Д.У. Гіббс, працюючи з термодинамічними системами, зумів вивести її через…
Перший закон термодинаміки Перший закон термодинаміки стверджує, що зміна внутрішньої енергії можливо тільки при наявності зовнішніх впливів. Іншими словами, якщо системі буде повідомлено певну кількість тепла і над нею буде здійснена робота, то активність даного тіла…
Енергія активації Хімічні реакції можуть протікати з різними швидкостями. Одні з них завершуються протягом декількох секунд, інші можуть тягнутися годинами, днями і навіть десятиліттями. Для того щоб визначити продуктивність і розмір необхідної апаратури, а також…
Енергія іонізації атома Енергія іонізації - основна характеристика атома. Саме вона визначає природу і міцність хімічних зв'язків, які здатний утворювати атом. Відновні властивості речовини (простого) також залежать від цієї характеристики.Поняття «енергія іонізації» іноді…
Кінетична енергія: поняття Кінетична енергія - це, згідно з визначенням, величина, рівна половині маси рухомого тіла, помноженого на квадрат швидкості цього тіла. Це - один з найважливіших термінів сучасної механіки. Якщо коротко висловитися, то це енергія руху, або різницю…
Механічна енергія та її види Слово "енергія" походить з грецької мови і має значення «дія", "діяльність». Саме поняття було вперше введено англійським фізиком Т. Юнгом на початку XIX століття. Під «енергією» розуміється здатність володіє цією властивістю тіла здійснювати…