Физика · конспекты
★0
Физика › 8 класс › Тепловые явления

Тема 5Внутренняя энергия

★★★
Термины темы — найди их в тексте:Внутренняя энергиякинетическуюпотенциальнуювнутреннюю энергиютемпературымассыагрегатного состояния

Из 7 класса знаем два вида механической энергии: кинетическую (энергию движения) и потенциальную (энергию взаимодействия). Частицы внутри любого тела непрерывно движутся — значит, у них есть кинетическая энергия. Они притягиваются и отталкиваются — значит, есть и потенциальная.

Определение

Внутренняя энергия — сумма кинетической энергии теплового движения всех частиц тела и потенциальной энергии их взаимодействия. Обозначается UU, измеряется в джоулях (Дж).

Механическая энергия может стать внутренней

Опыт

Стальной шар падает на стальную плиту и почти не отскакивает. Куда делась его энергия? Шар и плита в месте удара немного деформировались и нагрелись. Механическая энергия шара перешла во внутреннюю энергию шара и плиты.

Шар падает на плиту и не отскакивает
Шар падает на плиту и не отскакивает Иллюстрация: light-fizika.ru
  • Тела, трущиеся друг о друга, нагреваются: при торможении автомобиля греются колодки и диски.
  • Космический корабль при входе в атмосферу раскаляется от трения о воздух — нужна теплозащита.
Торможение: механическая энергия машины переходит во внутреннюю. Спуск корабля: торможение в плотных слоях атмосферыТорможение: механическая энергия машины переходит во внутреннюю. Спуск корабля: торможение в плотных слоях атмосферы
Торможение: механическая энергия машины переходит во внутреннюю. Спуск корабля: торможение в плотных слоях атмосферы Иллюстрация: light-fizika.ru

От чего зависит внутренняя энергия

ЗависитНе зависит
от температуры (быстрее частицы — больше UU)от скорости тела как целого
от массы (числа частиц)от высоты, на которой находится тело
от агрегатного состояния (у пара больше, чем у воды той же температуры)
Лёд, вода и пар: одни и те же молекулы, но расстояния между ними разные — и внутренняя энергия разная
Лёд, вода и пар: одни и те же молекулы, но расстояния между ними разные — и внутренняя энергия разная Иллюстрация: light-fizika.ru
Запомни

Летящий самолёт и самолёт на земле при одинаковой температуре имеют одинаковую внутреннюю энергию. Отличается только механическая.

Образ для запоминания

Внутренняя энергия — «энергия толпы»: каждый человек в толпе (частица) двигается и толкается. Энергия одного — крошечная, но людей миллиарды миллиардов. Толпа больше или «горячее» — энергии больше.

⚗ Мини-опыт

Выберите высоту и уроните шар. Следите за столбиками энергии: куда «исчезает» кинетическая энергия после удара о плиту?

▶ Симуляция PhET

На вкладке «Трение» включите трение и диаграмму энергии. Посмотрите, как механическая энергия скейтера постепенно переходит в тепловую (внутреннюю).

Энергетический скейт-парк: основыОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Из чего складывается внутренняя энергия тела?
Внутренняя энергия — это энергия частиц, а не тела как целого.
2Как изменится внутренняя энергия мяча, если его поднять на шкаф?
Высота влияет на механическую (потенциальную) энергию, а не на внутреннюю.
3В каком случае внутренняя энергия 1 кг воды больше?
Чем выше температура, тем быстрее движутся частицы и тем больше внутренняя энергия.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Как называется сумма кинетической и потенциальной энергий частиц тела?

    Ответ

    Внутренняя энергия.

    Как получилось?

  2. У какого бруска внутренняя энергия больше: 1 кг железа при 20 ∘C20\,{}^\circ\text{C} или 2 кг железа при 20 ∘C20\,{}^\circ\text{C}?

    Ответ

    У 2 кг — в нём больше частиц.

    Как получилось?

  3. Шар массой 2 кг падает с высоты 5 м на плиту и не отскакивает. На сколько увеличится внутренняя энергия шара и плиты? (g=10g=10 Н/кг)

    Ответ

    ΔU=mgh=2⋅10⋅5=100\Delta U=mgh=2\cdot10\cdot5=100 Дж.

    Как получилось?

  4. Камень массой 0,5 кг упал с высоты 20 м в песок. Какая энергия перешла во внутреннюю?

    Ответ

    mgh=0,5⋅10⋅20=100mgh=0{,}5\cdot10\cdot20=100 Дж.

    Как получилось?

  5. Почему при торможении нагреваются тормозные колодки?

    Ответ

    Кинетическая энергия машины при трении переходит во внутреннюю энергию колодок и диска.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Пуля массой 9 г летит со скоростью 400 м/с и застревает в доске. Какая энергия перешла во внутреннюю энергию пули и доски?

    Ответ

    Eк=mv22=0,009⋅40022=720E_\text{к}=\dfrac{mv^2}{2}=\dfrac{0{,}009\cdot400^2}{2}=720 Дж.

    Как получилось?

  2. Молот массой 5 кг падает с высоты 1,6 м на заготовку. Ударов было 10. Какая энергия перешла во внутреннюю, если вся механическая энергия идёт на нагрев?

    Ответ

    10⋅mgh=10⋅5⋅10⋅1,6=80010\cdot mgh=10\cdot5\cdot10\cdot1{,}6=800 Дж.

    Как получилось?

  3. Одинаковые по массе вода и пар имеют температуру 100 ∘C100\,{}^\circ\text{C}. У чего внутренняя энергия больше и почему?

    Ответ

    У пара: при той же температуре частицы пара находятся далеко друг от друга, и потенциальная энергия их взаимодействия больше (на испарение затрачена энергия).

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Внутренняя энергия
Энергия движения и взаимодействия частиц тела. Обозначают UU, измеряют в Дж.
Кинетическая энергия
Энергия движения: Eк=mv22E_\text{к}=\dfrac{mv^2}{2}
Потенциальная энергия
Энергия взаимодействия; для поднятого тела Eп=mghE_\text{п}=mgh
От чего зависит U
От температуры, массы и агрегатного состояния; не зависит от скорости и высоты тела.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.