Внутренняя энергия: Часть 2

Видео

Конспект

Снимок экрана 2026-06-06 в 17.41.22.png

Изменение внутренней энергии возможно двумя способами. Давайте проведем небольшой эксперимент, настоящий эксперимент, ведь физика - наука экспериментальная. Поэтому разговаривать хорошо, вспоминать явления природы хорошо, но гораздо важнее проводить эксперименты.

Итак, смотрите, объектом изучения будут являться наши ладошки. Мы знаем температуру этих ладошек и ее легко измерить. А сейчас мы с вами попытаемся изменить внутреннюю энергию.

Мы с вами складываем ладошки, и пока я буду считать, мы с вами очень активно начнём тереть ладошки одна другую, и как только я скажу стоп, резким движением руки, мы с вами приложим эти ладошки к нашим щёчкам, а потом обсудим результаты. Итак, готовы? Начинаем.

Я надеюсь, что все. Мы с вами поменяли внутреннюю энергию, внутренняя энергия наших ладошек стала больше, потому что мы совершили работу. Конкретно в данном случае работу совершала сила трения. Изменение внутренней энергии за счет совершения работы - это один из способов изменения внутренней энергии.

Есть второй способ изменения внутренней энергии тела. Изменить внутреннюю энергию тела можно сообщая ему тепло. Смотрите, зимние месяцы в Москве достаточно сложные. Небо бывает, чистое небо бывает крайне редко. Солнышка мы видим очень мало, но когда появляются эти первые весенние лучики, когда на небе появляется солнышко, наверное, первое живое существо в доме, которое ощущает это тепло, это, конечно, кошка.

Как только солнечный зайчик, у нас солнечный лучик проник в дом, кошка тут же ложится на это солнечное пятнышко. Она знает, что там тепло. Кошки у нас любят тепло. Мы можем поменять внутреннюю энергию, передавая телу тепло. Поэтому второй способ изменения внутренней энергии тела - это теплопередача.

Смотрите, слово легко расшифруется - передача тепла. Интересно, а какими способами можно передавать тепло? И вот о способах передачи тепла мы сейчас с вами поговорим непременно. Не просто поговорим, а поговорим, вспоминая нашу жизнь и вспоминая примеры, которые есть непременно. Мы с вами рассматриваем три способа передачи тепла.

Первый способ передачи тепла носит название теплопроводность. Теплопроводность. Сразу говорим о том, что тепло проводить могут те среды, где молекулы расположены близко друг к другу. В случае теплопроводности идет перенос энергии без переноса вещества.

А в каких средах молекулы расположены близко друг к другу? Конечно, это твёрдые тела и это жидкости. Вот ровно в твёрдых телах и в жидкостях энергия передаётся от слоя к слою. Примеров очень много, можно взять самый простой пример. Когда вы утром собираетесь на занятия, скорее всего на завтрак вы сами или ваша мама можете приготовить вкусный какао или горячий шоколад.

Когда напиток готов, есть два варианта: ложечка вынимается и кладется рядом на стол, либо случайно можно забыть ложечку в этой кружке. Пока вы умываетесь и чистите зубки, проходит небольшой промежуток времени. Затем вы приходите, берете эту ложечку и если вы делали этот вкусный напиток, используя кипяток, то ложка будет обжигающе-горячей.

Казалось бы, почему? У нас половинка ложечки находится в какао, а половинка сверху. Ну и пускай бы та половинка внутри была горячей, а сверху холодной. А так не работает. Тепло передается от слоя к слою. Тепло передается полностью. Что такое тепло? Это та энергия, которую тело получает или отдает в процессе теплопередачи.

И смотрите, как легко и плавно мы от понятия энергии переходим к процессу тепла. Итак, теплопроводность существует, есть, мы ей пользуемся иногда достаточно неосознанно.

Второй способ передачи тепла - это конвекция. Конвекция - это перенос энергии, то есть перенос тепла с помощью потока, с помощью струи. И мы с вами сразу можем указать среды, в которых возможна конвекция. Конечно, конвекция у нас возможна в жидкостях и в газах.

Смотрите, понятие потока - это особое понятие физики. Мы говорим о тепловом потоке, о магнитном потоке, о световом потоке. То есть это то понятие, которое будет с вами еще достаточно долго. Итак, конвекция - к вам идет тепло, тепло передается с помощью потока, с помощью струи, жидкости или газа. Обратите внимание на то, что конвекция - это единственный вид теплопередачи, который сопряжен с переносом вещества.

В теплопроводности переносится только энергия, и в следующем виде теплопередачи будет передаваться только энергия, конвекция сопряжена с переносом тепла. Так что же такое конвекция и где мы с ней с вами встречаемся? Смотрите, когда мы с вами лето проводим на берегу моря, мы с вами знаем, что есть суточный ветер, который меняет направление в течение суток.

Он носит название бриза. Легкий ветерок, который нам с вами помогает легче переносить высокую температуру. Но есть и ветра, которые меняют свое направление в течение сезона, принося с собой изменения погоды. Конечно, я говорю о муссонах. Это ветра, которые идут в достаточно верхних слоях атмосферы земли, поэтому сезон муссонов — это дождевой сезон.

Снимок экрана 2026-06-06 в 17.43.44.png

Но не только ветра, не только география дает нам примеры конвекции. Когда нам с вами бывает жарко, мы открываем либо форточку, либо окно на проветривание. Форточка располагается в верхней части окна, окно на проветривание так же откидывается верхней части окна. В этом случае холодный воздух проникает в нашу комнату и холодный тяжелый воздух опускается вниз, а вот легкий воздух поднимается вверх.

Но сейчас очень много интересных дизайнерских решений. Если вдруг какое-то окно бы у нас открывалось не вверх, а наоборот вниз, ну, наверное, комната была бы похожа немножко на слоеный пирог. Холодный воздух у нас заходил бы вниз, там бы и оставался. А вот теплый воздух сверху никогда бы не опустился вниз, чтобы уйти на улицу.

Примерно такая ситуация бывает, когда вы едете в вагоне пассажирского поезда, особенно если это вагон не купированный, а вагон плацкартный. Там действительно внизу бывает достаточно свежо, а на вторые полки, когда вы поднимаетесь, на вторых полках бывает немного теплее. Поэтому хорошо, если есть система конденсионирования, которая есть в поездах, но если нет, то конвекции, конвективные потоки, мы можем ощутить на себе очень четко.

Качественных задач, а типов задач у нас с вами очень много, на примеры конвекции в программе восьмого класса очень много. Например, такой вопрос, почему подвал самое холодное место в доме? Ну, конечно, легко, потому что холодный воздух всегда уходит вниз, поэтому для хранения продуктов используют именно подвал.

Но смотрите, у нас с вами цивилизация, то есть электричество, пришло в жизнь людей уже в 20 веке. Мы можем посмотреть фильмы, которые касаются истории нашей страны первой половины 20 века и увидеть достаточно интересное явление, когда целый поселок, целое село, целая деревня собирались для того, чтобы увидеть лампочку Ильича, которая может гореть тогда, когда пожелает хозяин. Не надо покупать керосин, не надо жечь керосиновые лампы.

И вот тогда у нас возникает закономерный вопрос, а как же люди жили летом, как они хранили продукты?

Подвал здесь не спасет, поэтому очень часто использовали такие приспособленные помещения, которые называли ледник. То есть весной нарезали лед, опускали в этот ледник, и в течение лета, соответственно, в леднике сохранялась достаточно низкая температура.

Холодный воздух всегда внизу. Это наша с вами конвекция. Но конвекции бывает двух видов. Конвекция бывает естественная. О ней сейчас я рассказывала вам. И конвекция бывает искусственная. Искусственная конвекция, это, конечно, наши с вами кондиционеры, благодаря которым мы достаточно легко переносим жару летом.

И обратите внимание, что на Международной космической станции, соответственно, естественная конвекция отсутствует полностью. Конвекция есть, но она только искусственная. Давайте подумаем, почему. Рассказывая сейчас о потоках конвекции, я делала остановку и делала акцент на том, что холодный тяжелый воздух опускается вниз, а легкий поднимается вверх.

То есть причина у нас с вами одна, причина о которой говорили мы с вами вот здесь. Причина - это, конечно, гравитационное поле Земли и сила тяжести, которая действует на объекты со стороны Земли. Поэтому на Земле холодный воздух опускается вниз, теплый поднимается вверх, а на Международной космической станции, на любой орбитальной станции тяготение Земли отсутствует.

Орбитальная станция находится высоко над Землей, гравитационное поле является незначительным, то есть отсутствует полностью. И примеров этому достаточно много.

Мы видим прямые включения космонавтов с борта орбитальной станции, и мы видим, что космонавт находится в состоянии невесомости, то есть действие тяготения со стороны Земли в этом случае отсутствует.

В последние годы выпущено несколько интересных фильмов, которые посвящены именно вопросам гравитации. И вот в одном из них, по-моему, это «Время первых», космонавт уходит из дома, отправляясь в очередной полет, и уже у двери его окликает маленькая дочка. Маленькая, ей 4-5 лет, она бежит к нему и кричит «Папа, на!» и отдает ему маленького медвежонка.

Их очень часто используют на окнах автомобилей, соответственно, маленькие медведи-me to you. И он берет этого медведя. Но когда космонавт проходит досмотр, у космонавта всегда смотрят вещи, которые он берет с собой. И вот у нашего с вами космонавта, беря этого медведя, спрашивают, что это. И он совершенно спокойно отвечает, что это датчик невесомости.

И этот славный медвежонок попадает в объект еще два раза. Первый раз, когда наш космонавт садится в свое кресло, и этого медвежонка закрепляет на стекле. И мы видим, как он под действием тяготения действительно опускается вниз на ту длину, которая позволяет ему нитка. А второй раз, корабль выходит на околоземную орбиту, и в этом случае медвежонок уже парит в пространстве опять на ту длину, которая позволяет ему нитка. Состояние невесомости, естественная конвекция невозможна, гравитации нет, поэтому только искусственная конвекция, которая будет помогать космонавтам ощущать себя комфортно.

Итак, мы поговорили о двух видах передачи тепла, есть еще один вид передачи тепла, очень хорошо знакомый вам, и третий вид передачи тепла - излучение. Естественно, что контрольное слово здесь луч, поэтому мы говорим с вами, что излучение - это передача энергии или передача тепла с помощью лучей.

7 И мы сразу можем ответить на вопрос, а где, в каких средах возможно излучение? Естественно, луч проходит через прозрачную среду. Поэтому здесь я уже не перечисляю твердое тело, жидкое или газ. Главное условие, которое я указываю здесь - прозрачная среда.

Вы знаете, когда я первый раз отправилась в путешествие в Китай, уже достаточно давно, первое, что меня удивило, удивило достаточно сильно, это цвет воды в водоёмах Китая. Он такой зелёный. У нас примерно такой цвет воды бывает на Краснодарском побережье Чёрного моря, в районе Анапы, где море мелкое и море летом цветёт. То есть о прозрачной воде там речи не идёт.

Но мы вспомним наш знаменитый Байкал, где прозрачность воды достигает 10 метров. Поэтому да, Байкал у нас с вами холодное озеро, но оно прогревается, прогревается благодаря тому, что вода прозрачная, тепловые лучи медленно, слой за слоем прогревает эту воду, поэтому излучение здесь играет очень большую роль.

Итак, говоря о том, что одно из основных понятий физики в целом сейчас в 21 веке, в котором мы с вами живем, - это понятие энергия, и сегодня на первом занятии мы с вами посмотрели, что энергия есть и у тел, энергию создают молекулы, которые движутся и взаимодействуют, и в наших с вами силах эту энергию поменять. Оставили какой-то объект на подоконнике, соответственно через стекло этот объект нагрелся.

Передача энергии с помощью лучей. Передача энергии с помощью лучей играет просто колоссальное значение. Мы с вами понимаем, что световые лучи, то есть электромагнитные волны, легко распространяются через космическое пространство, легко проходят через атмосферу и достигают поверхности Земли. Давайте сразу честно скажем о том, что электромагнитных излучений в этом мире достаточно много.

Это и радиоволны, и инфракрасное излучение, то есть тепловое излучение, и тот свет, которым мы с вами воспринимаем, и ультрафиолет, и рентгеновские, и даже гамма-лучи. Но наша с вами атмосфера пропускает к нам с вами далеко не все лучи. Атмосфера имеет всего три окна прозрачности, то есть атмосфера пропускает к нам с вами на Землю всего три вида электромагнитного излучения.

Это радиоволны, благодаря которым человек получает информацию из космоса и сам пытается исследовать космическое пространство. Это инфракрасное, то есть тепловое излучение, которым нас обеспечивает ближайшая к нам звезда, звезда класса Жи, желтая звезда, наше солнышко.

И третий вид излучения - это свет, световое излучение. Все остальные виды электромагнитного излучения - это ультрафиолет, это рентген и гамма, на Землю не попадают. И вот здесь обычно ребята говорят: стоп-стоп-стоп, вы что-то путаете, как это ультрафиолет не попадает к нам с вами на Землю, а тут великолепный шоколадный загар, который люди привозят из отпуска, и мы с вами мы понимаем, что здесь что-то не то.

Снимок экрана 2026-06-06 в 17.45.48.png

И правильный ответ на этот вопрос, конечно, очень простой. На Землю попадает ультрафиолет, но его попадает так мало, что этого хватает нам, чтобы получить загар. Основная масса ультрафиолетовых лучей на Землю не проходит благодаря озоновому слою. Поэтому ультрафиолет в целом относится к тем видам излучения, которые практически не проходят к нам с вами на Землю.

Но световое излучение и тепловое излучение, естественно, проходят на Землю и делают нашу с вами жизнь достаточно комфортной. Вот именно у излучения есть та особенность, о которой я сказала и которую повторю сейчас. Излучение у нас с вами идет через космическое пространство. Поэтому мы изучаем космос, изучаем с помощью телескопов.

Снимок экрана 2026-06-06 в 17.46.05.png

Три вида телескопов, радио, инфракрасные, и телескопырефлекторы и рефракторы, то есть линзовые и зеркальные - на Земле. Все остальные виды телескопов, которые работают в рентгеновских, гамма-лучах и в ультрафиолете - это телескопы, которые находятся на околоземной орбите.

Итак, смотрите, всего лишь одно понятие - внутренняя энергия. Но внутренняя энергия - это тот термин, с которым мы начинаем с вами работать. Внутренняя энергия может изменяться, может изменяться за счет тепла, которое мы телу даем или забираем у этого тела, может изменяться за счет совершения работы. И именно с понятием внутренней энергии, а еще точнее с понятием тепла, которую тело получает или отдает в процессе теплопередачи, мы с вами будем работать на втором уроке, и начнем решать задачи.

А пока я бы хотела обратить ваше внимание на то, что задачи физики бывают разные. Сегодня мы с вами рассмотрели ряд качественных задач. Например, какой вид конвекции отсутствует на орбитальной станции? На орбитальной станции отсутствует естественная конвекция, потому что нет гравитации.

Мы с вами говорим о том, что задачи бывают расчетные и эти задачи впереди. Задачи бывают экспериментальные и даже псевдо экспериментальные. Поэтому сегодня, изучая новый материал, мы с вами поговорили о качественных задачах.