Контрольні запитання
1. Чому частинки речовини мають потенціальну енергію? завжди мають кінетичну енергію?
Бо між частинками діють сили притягання й відштовхування, тому їх положення в системі має запас енергії взаємодії (потенціальну); частинки постійно хаотично рухаються, тому завжди мають кінетичну енергію теплового руху.
2. Що називають внутрішньою енергією тіла?
Це сума кінетичної енергії хаотичного руху всіх частинок і потенціальної енергії їх взаємодії всередині тіла.
3. Від чого залежить внутрішня енергія тіла?
Від температури, маси (кількості речовини), агрегатного стану та природи речовини; також від структурних змін усередині тіла.
4. Чи може тіло мати внутрішню енергію, але не мати при цьому механічної енергії?
Так, наприклад, тіло, що спочиває на столі, не має кінетичної енергії поступального руху відносно Землі, але має внутрішню енергію завдяки тепловому руху та взаємодіям частинок.
5. У які способи можна змінити внутрішню енергію тіла?
Двома способами: передачею теплоти (теплопередачею) та виконанням роботи над тілом або самим тілом.
6. Що називають теплопередачею? Наведіть приклади теплопередачі.
Це процес зміни внутрішньої енергії без виконання роботи, шляхом теплопровідності, конвекції або випромінювання; приклади: нагрівання ложки в гарячому чаї (теплопровідність), циркуляція повітря в кімнаті від радіатора (конвекція), нагрівання Сонцем поверхні Землі (випромінювання).
7. Що таке кількість теплоти? Назвіть одиницю кількості теплоти.
Кількість теплоти Q — це енергія, що передається під час теплопередачі; одиниця в СІ — джоуль, у побуті часто використовують калорію: 1 кал ≈ 4,2 Дж.
8. Наведіть приклади зміни внутрішньої енергії тіла внаслідок виконання роботи.
Стискання газу насосом підвищує його внутрішню енергію; тертя долонь одна об одну збільшує їх внутрішню енергію й нагріває шкіру; кручення дроту або згинання металу підіймає його температуру.
9. Як змінюється внутрішня енергія тіла у випадку, коли воно виконує роботу? у випадку, коли над тілом виконують роботу? Вважайте, що теплообмін із навколишніми тілами відсутній.
Коли тіло виконує роботу, його внутрішня енергія зменшується; коли роботу виконують над тілом, його внутрішня енергія збільшується (за відсутності теплообміну).
Вправа
1. У якій склянці внутрішня енергія чаю більша?
У лівій, бо гарячий чай має вищу температуру, а отже й більшу внутрішню енергію за того самого об’єму.
2. Два способи запалювання сірника (дві причини зміни внутрішньої енергії):
Чиркнути об тертку — запалюється від нагрівання під час виконання роботи тертям..
Піднести до полум’я/розжареного тіла — запалюється завдяки теплопередачі від гарячого джерела.
3. Установіть відповідність (об’єкт — зміна внутрішньої енергії):
1 — А (гарячий напій віддає тепло й охолоджується, енергія зменшується через теплопередачу).
2 — В (радіатор отримує тепло від теплоносія, енергія збільшується через теплопередачу)..
3 — Б (свердло нагрівається від тертя під час роботи, енергія збільшується внаслідок виконання роботи).
4. М’яч кинули вгору. Як змінюються внутрішня й механічна енергії?
Внутрішня не змінюється. Механічна перетворюється: піднімаючись, кінетична зменшується, потенціальна зростає; разом сума механічної енергії стала без опору.
5. Як змінюються енергії наплічника (рис. 2) за сталої температури?
а) На підлозі: внутрішня стала; механічна менша (менша потенціальна енергія).
б) На стільці: внутрішня стала; механічна тільки потенціальна відносно підлоги — більша, ніж на підлозі.
в) На спині піднято: внутрішня стала; механічна найбільша серед трьох (найвище розташування).
6. На вулиці 35 °C, у будівлі 25 °C. Куди йде тепло і коли потік нульовий?
б) Іде з вулиці в будівлю, поки не зрівняються температури. Потік дорівнює нулю за рівності температур (теплова рівновага).
7. Чому каскадери, спускаючись по канатах, надягають рукавички?
Через силу тертя канат–рука виконується робота і нагріває шкіру; рукавички захищають від опіків і болю.
8. Приклади, коли змінюється внутрішня енергія і є теплопередача та робота. Чи може при цьому внутрішня енергія лишатися сталою?
Приклади:
а) Гальмування велосипеда — тертя гальм виконує роботу, колодки й обід нагріваються (теплопередача в повітря).
б) Пиляння або різання металу — інструмент виконує роботу, зона різання нагрівається і віддає тепло довкіллю.
Так, може: якщо роботою тіло втрачає стільки ж енергії, скільки одночасно отримує/віддає через тепло так, що сумарна зміна нульова $ \Delta U = Q + A = 0 $.