Расскажи про внутренняя энергия
Кратко
Внутренняя энергия — это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.
Она включает:
- кинетическую энергию беспорядочного движения молекул;
- потенциальную энергию взаимодействия молекул.
Внутренняя энергия не зависит от движения тела как целого. Например, у летящего самолёта есть кинетическая энергия движения, а внутренняя энергия определяется температурой и состоянием вещества.
Как изменяется внутренняя энергия
Внутреннюю энергию можно изменить двумя способами:
Теплопередачей
- при теплопроводности — например, металлическая ложка нагревается в чае;
- при конвекции — перемещение нагретых слоёв жидкости или газа;
- при излучении — нагревание Земли солнечными лучами.
Совершением работы
- при трении руки нагреваются;
- при сжатии газа он нагревается;
- при расширении газа он может охлаждаться.
Если тело получает энергию, его внутренняя энергия увеличивается. Если отдаёт — уменьшается.
Важный пример
При нагревании воды температура растёт, поэтому увеличивается энергия движения молекул.
При плавлении льда температура некоторое время не изменяется, но внутренняя энергия увеличивается: энергия тратится на ослабление связей между молекулами.
Формула для нагревания или охлаждения
Если вещество не плавится и не кипит, используют:
\[ Q=cm\Delta t, \]
где:
- \(Q\) — количество теплоты, Дж;
- \(c\) — удельная теплоёмкость, \(\dfrac{\text{Дж}}{\text{кг}\cdot{}^\circ\text{C}}\);
- \(m\) — масса, кг;
- \(\Delta t=t_2-t_1\) — изменение температуры.
Пример: нагрели \(0{,}2\) кг воды от \(20^\circ\text{C}\) до \(50^\circ\text{C}\):
\[ Q=4200\cdot0{,}2\cdot(50-20)=25200\text{ Дж}. \]
Значит, вода получила \(25\,200\) Дж энергии.
Главный принцип: внутренняя энергия связана с частицами тела, а изменить её можно теплопередачей или работой.
