Внутренняя энергия: Часть 1

Видео

Конспект

Внутренняя энергия

Добрый день. Сегодня мы начинаем новый курс. Курс физики 8 класса «Тепловые явления». Если честно, я считаю курс «Тепловые явления» один из самых интересных курсов в школьной программе. Почему? Это связано с тем, что тепловые явления - это мир, который нас окружает. Вы глянули за окошко - и в любое время года мы с вами видим тепловые явления: дождь, снег, град, туман. И объяснять то, что происходит в окружающем нас мире, мы будем на уроках физики. Но начнем мы не с града и не со снега. Начнем мы с вами с повторения курса физики седьмого класса.

Именно в конце седьмого класса вас первый раз познакомили с понятием энергии, энергии механической, и, если мы с вами вспомним, что такое механическая энергия, нам с вами будет намного легче в курсе физики восьмого класса.

Механическая энергия, о которой так много говорили в конце седьмого класса сбывает двух видов. Конечно, это энергия кинетическая, и кинетическая энергия характеризуется всего одним важным словом. Что это за энергия? Это энергия движения. Любой объект, который движется, будь это электрон, солнце или падающая звезда, всегда обладает кинетической энергией. Кинетическую энергию обозначают по-разному, но самое распространённое обозначение - E_{к} : E_{к}=m v^{2} / 2.

Кинетическая энергия находится как произведение массы и квадрата скорости, делённое пополам. Итак, любой движущийся объект обладает кинетической энергией.

Второй вид энергии, которая составляет механическую, — это энергия потенциальная. Энергия потенциальная, и главное в потенциальной энергии то, что это энергия взаимодействия.

Ребята часто отвечают, что это - энергия тела, поднятого над землёй. Да, конечно, это ответ правильный, но это всего лишь один частный случай. Если говорить глобально о потенциальной энергии, мы с вами должны понимать, что это энергия взаимодействия. Взаимодействие. Сразу возникает логичный вопрос. Взаимодействие чего? Кто взаимодействует в тех ситуациях, которые мы с вами рассматриваем? Какие объекты взаимодействуют? Естественно, самый первый, самый простой случай, это то, что я вам назвала - потенциальная энергия для тела, поднятого над землей.

Очевидно, что здесь взаимодействуют два объекта - наша Земля и тело, которое поднято над землей и находится в гравитационном поле Земли, и которое под действием силы тяжести будет падать на Землю. Но взаимодействуют не только Земля и тело, взаимодействуют любые объекты, обладающие массой, взаимодействуют еще и молекулы.

В седьмом классе, говоря о силе упругости, вам непременно рассказывали, что молекулы внутри тел непременно взаимодействуют с силами притяжения и отталкивания. Поэтому потенциальную энергию взаимодействия молекул в седьмом классе еще рассматривают как: E_{п}=k x^{2} / 2.

Почему, начиная новый курс, новую тему, новую программу мы с вами говорим о механической энергии? Зачем мы вспоминаем этот материал? Мы вспоминаем этот материал ровно за тем, что первое понятие, с которым мы с вами встречаемся, с которым мы с вами работаем в восьмом классе - это понятие внутренней энергии тела.

Внутренняя энергия тела - это та энергия, которая внутри тела. Но к восьмому классу мы с вами знаем уже очень много о строении вещества.

Мы не пойдем до самого конца знаний, которое есть у людей, у ученых на сегодняшний день. Мы с вами скажем немножко проще. Любое вещество состоит из молекул. И вот на уровне молекул мы с вами и остановимся. И к молекулам, их расположению и их взаимодействию мы будем достаточно часто обращаться в курсе физики восьмого класса.

То есть я покажу, что дальше есть строение вещества, но нам оно не нужно. Мы будем говорить о молекулах. Поэтому внутреннюю энергию тела определяют именно молекулы. Внутренняя энергия в физике обозначается буквой U , это внутренняя энергия.

Определение о внутренней энергии очень простое. Смотрите, внутренняя энергия - это энергия движения и энергия взаимодействия всех молекул, составляющих тело. Мы с вами можем записать лёгкую формулу для внутренней энергии.

Формулу, которая поможет нам не писать длинное определение словами. Итак, внутренняя энергия - это энергия движения и энергия взаимодействия для всех частиц составляющих тела умножить на N , где N - число частиц тела: U=\left(E_{к}+E_{п}\right) \cdot N.

И уж коли мы с вами затронули понятие молекулы, давайте чуть-чуть поговорим о том, что молекула - это совершенно уникальная структурная единица вещества. Естественно, она отличается от атома. Естественно, у молекулы совершенно свои функции. Если мы с вами вспомним Алису в стране чудес, которую, конечно, написал Льюис Кэрролл, то именно в Алисе в стране чудес можно услышать такие слова.

От горчицы что делают? Попробуйте, вспомните. Раз, два, три. Вспомнили? От горчицы огорчаются, а от уксуса куксятся. Поэтому молекула - это наименьшая структурная частица вещества, которая сохраняет все физические и химические свойства вещества. Молекула является электрически нейтральной и ровно во втором полугодии мы сделаем шаг внутрь молекулы.

Мы начнем говорить об атомах и ровно тогда появится понятие электрического заряда. А пока смотрите, молекула соли соленая, молекула сахара сладкая, молекула горчицы горькая. Молекула сохраняет все свойства вещества, а все молекулы движутся и взаимодействуют между собой.

Поэтому еще раз внутренняя энергия — это энергия движения и взаимодействия частиц, составляющих тело. У Григория Остера есть совершенно замечательная книга. Она носит название «Вредные советы». Книга действительно интересная, и если читаешь отдельные вопросы, то можно просто улыбаться. Так вот, Григорий Остер спрашивает. Мальчик Петя пришел домой, взял утюг за шнур, и этот утюг раскрутил над головой с огромной скоростью.

Ну, с той скоростью, которую ему хватило придать сил. Вопрос Григория Остера. Поменяется ли внутренняя энергия утюга в этом случае? Минуточку думаем, размышляем, вспоминаем определение. И правильный ответ нет. Что поменяется? Утюг раскрутили, появилась скорость, значит увеличилась кинетическая энергия.

Утюг подняли над головой, поменялась высота, поменялась потенциальная энергия этого тела, но с утюгом ничего не сделали, то есть не изменили энергию движения частиц внутри, не поменяли силы их взаимодействия, значит внутренняя энергия этого утюга осталась той же самой. В истории человечества есть несколько событий, которые стали такими поворотными точками, после которых наука и развитие человечества в целом пошли далеко вперед.

1 Врашательный паровой двигатель Уатта. Справа внизу находятся планетарные передачи. Слева под балкой можно видеть соединение, обеспечивающее возвратно-поступательную работу машины. Справа от цилиндра находится центробежный регулятор - два рычага с грузиками.

Вот одной из таких поворотных точек является момент извлечения и использования внутренней энергии. Когда человек научился использовать внутреннюю энергию пара, появились первые паровые машины. Первые паровые машины, внедренные на производство - Англия, Уэльс.

А первые паровые машины, внедренные на производство, привели к первому в истории человечества сокращению людей из-за научнотехнического прогресса. Паровые машины нам не нужны, перерыв, отпуск, они работают, даже не выходя на больничный. Люди пытались возмущаться, но сейчас с высоты нашего времени мы понимаем, что это первое восстание, которое получило название восстание ткачей, оно было обречено на провал.

Итак, внутренняя энергия - это очень важное определение, но нас с вами гораздо больше интересует вопрос, а как внутреннюю энергию можно изменить? Как ее можно увеличить или уменьшить? Ведь именно изменение внутренней энергии является таким важным для нас с вами. Итак, давайте вспомним. Изменение обозначается значком дельта. То есть изменение внутренней энергии - это будет внутренняя энергия конечного минус внутренняя энергия начального состояния. И мы с вами говорим о том, что на сегодняшний день известно два основных способа изменения внутренней энергии.