Внутренней энергии формулы: Внутренняя энергия идеального газа. Расчет онлайн и формулы - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

Внутренняя энергия. 1-й закон термодинамики.

Основные ссылки

CSS adjustments for Marinelli theme

Объединение учителей Санкт-Петербурга

Форма поиска

Поиск

Вы здесь

Главная » Внутренняя энергия. 1-й закон термодинамики.

Внутренняя энергия 1-й закон термодинамики.
Сумма кинетических энергий хаотического движения всех частиц тела относительно центра масс тела (молекул, атомов) и потенциальных энергий их взаимодействия друг с другом называется внутренней энергией.
Внимание! Энергия упорядоченного движения частиц тела представляет собой механическую кинетическую энергию тела. Вообще говоря, во внутреннюю энергию входят энергии внутриатомных частиц, но при не очень больших температурах эта энергия остается неизменной. Кинетическая энергия частиц определяется скоростью, а значит – температурой тела. Потенциальная – расстоянием между частицами, а значит – объемом. Следовательно: U=U_(T,V) – внутренняя энергия зависит от объема и температуры.	U=U_(T,V)
Для идеального газа: U=U_(T), т.к. взаимодействием на расстоянии пренебрегаем. – внутренняя энергия идеального одноатомного газа. Внутренняя энергия – однозначная функция состояния (с точностью до произвольной постоянной) и в замкнутой системе сохраняется. Обратное неверно(!) – одной и той же энергии могут соответствовать разные состояния.	Идеальный газ:
Опыты Джоуля доказали эквивалентность работы и количества теплоты, т. е. и та и другая величины являются мерой изменения энергии, их можно измерять в одинаковых единицах: 1 кал = 4,1868 Дж ≈ 4,2 Дж. Эта величина наз. механическим эквивалентом теплоты.
Р.Майер, Д.Джоуль, Г.Гельмгольц – закон сохранения энергии для тепловых процессов – 1-й закон термодинамики.
Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:
Изменений внутренней энергии не зависит от способа, которым осуществляется этот переход. Т.о. существует два способа изменения внутренней энергии: совершение механической работы и теплопередача (теплообмен). Работа и количество теплоты характеризуют процесс изменения внутренней энергии, но не саму внутреннюю энергию.
Если А – работа внешних сил, а А’ – работа газа, то А = – А’ (в соответствии с 3-м законом Ньютона). Тогда: – другая форма записи первого закона термодинамики.Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.
Невозможность создания вечного двигателя 1-го рода. Вечный двигатель первого рода – устройство, которое могло бы совершать неограниченное количество работы без затраты энергии. Тогда Q=0. Следовательно: A’= – ΔU. Т.е. такой двигатель должен совершать работу за счет убыли внутренней энергии. Но ее запасы конечны. После того, как запас энергии будет исчерпан, двигатель остановится.

Теги:

конспект

05-е.

Внутренняя энергия

Главная
Справочник
Физика
Работа и энергия
Книги, лекции и конспекты по физике
Физика 7 класс
05-е. Внутренняя энергия

§ 05-е. Внутренняя энергия

Наряду с механической энергией тел и её разновидностями – кинетической и потенциальной энергией, в физике изучают и так называемую

внутреннюю энергию тел.

Вы видите взлетающую ракету. Она совершает работу – поднимает космонавтов и груз. Кинетическая энергия ракеты возрастает, так как по мере подъёма ракета приобретает всё большую скорость. Потенциальная энергия ракеты также возрастает, так как она всё выше поднимается над Землёй. Следовательно, сумма этих энергий, то есть механическая энергия ракеты, тоже увеличивается.

Мы помним, что при совершении телом работы его энергия уменьшается. Однако ракета совершает работу, но её энергия не уменьшается, а увеличивается! В чём же разгадка противоречия? Оказывается, что кроме механической энергии существует ещё один вид энергии –

внутренняя энергия. Именно за счёт уменьшения внутренней энергии сгорающего топлива ракета совершает механическую работу и, кроме того, увеличивает свою механическую энергию.

Не только горючие, но и горячие тела обладают внутренней энергией, которую легко превратить в механическую работу. Проделаем опыт. Нагреем в кипятке гирю и поставим на жестяную коробочку, присоединённую к манометру. По мере того как воздух в коробочке будет прогреваться, жидкость в манометре начнёт двигаться (см. рисунок).

Расширяющийся воздух совершает над жидкостью работу. За счёт какой энергии это происходит? Разумеется, за счёт внутренней энергии гири. Следовательно, в этом опыте мы наблюдаем превращение внутренней энергии тела в механическую работу. Заметим, что механическая энергия гири в этом опыте не меняется – она всё время равна нулю.

Итак, внутренняя энергия – это такая энергия тела, за счёт которой может совершаться механическая работа, при этом не вызывая убыли механической энергии этого тела.

Внутренняя энергия любого тела зависит от множества причин: рода и состояния его вещества, массы и температуры тела и других. Внутренней энергией обладают все тела: большие и маленькие, горячие и холодные, твёрдые, жидкие и газообразные.

Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь, образно говоря, горячих и горючих веществ и тел. Это нефть, газ, уголь, геотермальные источники вблизи вулканов и так далее. Кроме того, в XX веке человек научился использовать и внутреннюю энергию так называемых радиоактивных веществ. Это, например, уран, плутоний и другие.

Взгляните на правую часть схемы. В популярной литературе нередко упоминаются тепловая, химическая, электрическая, атомная (ядерная) и другие виды энергии. Все они, как правило, являются разновидностями внутренней энергии, так как за счёт них может совершаться механическая работа, не вызывая при этом убыли механической энергии. Понятие внутренней энергии мы рассмотрим более подробно при дальнейшем изучении физики.

В вашем браузере отключен Javascript.
Чтобы произвести расчеты, необходимо разрешить элементы ActiveX!

Работа и энергия Формулы Физика Теория 7 класс 1345

Однако в микроскопическом масштабе внутренняя энергия объекта, которой обладает объект, более важна, чем эти макроскопические формы энергии. Эта энергия в конечном итоге возникает в результате движения молекул, и, как правило, ее легче понять и рассчитать, если вы рассматриваете упрощенную замкнутую систему, такую как идеальный газ.

Внутренняя энергия – это полная энергия замкнутой системы молекул или сумма молекулярной кинетической энергии и потенциальной энергии вещества. Макроскопическая кинетическая и потенциальная энергии не имеют значения для внутренней энергии — если вы сдвинете всю замкнутую систему или измените ее гравитационную потенциальную энергию, внутренняя энергия останется прежней.

Как и следовало ожидать для микроскопической системы, вычисление кинетической энергии множества молекул и их потенциальной энергии было бы сложной, если не практически невыполнимой задачей. Таким образом, на практике расчеты внутренней энергии включают средние значения, а не кропотливый процесс ее непосредственного вычисления.

Одним особенно полезным упрощением является рассмотрение газа как «идеального газа», который, как предполагается, не имеет межмолекулярных сил и, следовательно, практически не имеет потенциальной энергии. Это значительно упрощает процесс расчета внутренней энергии системы, и для многих газов он не так уж далек от точности.

Уравнение внутренней энергии является функцией состояния, что означает, что его значение в данный момент времени зависит от состояния системы, а не от того, как оно туда попало. Для внутренней энергии уравнение зависит от числа молей (или молекул) в замкнутой системе и ее температуры в градусах Кельвина.

Где n количество молей, R — универсальная газовая постоянная, а T — температура системы. Газовая постоянная имеет значение R = 8,3145 Дж моль ⁻ ¹ K ⁻ ¹ , или около 8,3 Дж на моль на кельвин. Это дает значение U в джоулях, как и следовало ожидать для значения энергии, и это имеет смысл, поскольку более высокие температуры и большее количество молей вещества приводят к более высокой внутренней энергии.

Первый закон термодинамики является одним из наиболее полезных уравнений при работе с внутренней энергией, и он утверждает, что изменение внутренней энергии системы равно теплоте, переданной системе, за вычетом работы, выполненной системой (или, плюс проделанная работа на система). В символах это:

С этим уравнением очень просто работать, если вы знаете (или можете рассчитать) теплопередачу и проделанную работу. Однако во многих ситуациях все еще больше упрощается. В изотермическом процессе температура постоянна, а поскольку внутренняя энергия является функцией состояния, вы знаете, что изменение внутренней энергии равно нулю. В адиабатическом процессе теплопередача между системой и окружающей средой отсутствует, поэтому значение Q равно 0, и уравнение принимает вид:

Изобарический процесс происходит при постоянном давлении, а это означает, что выполненная работа равна давлению, умноженному на изменение объем: Вт = P ∆ В . Изохорные процессы происходят при постоянном объеме, и в этих случаях Вт = 0. Таким образом, изменение внутренней энергии остается равным теплоте, присоединенной к системе:

Даже если вы можете’ Чтобы упростить задачу одним из этих способов, для многих процессов работа не совершается или ее можно легко вычислить, поэтому основное, что вам нужно сделать, это найти количество полученного или потерянного тепла.

9000 2
СПИСОК
Определение
9000 2
. система. Внутреннюю энергию можно определить двумя способами:
микроскопический (атомный и молекулярный вид)
макроскопический
Из микроскопический точки зрения, рассматривающей систему в атомно-молекулярном масштабе, внутренняя энергия U [Дж] системы представляет собой сумму кинетической и потенциальной энергий ее атомов и молекул. Поскольку сумма кинетической энергии и потенциальной энергии представляет собой механическую энергию, внутренняя энергия системы представляет собой сумму атомной и молекулярной механической энергии.
Другими словами, внутренняя энергия — это вся энергия системы, связанная с ее микроскопическими компонентами (состоящими из атомов и молекул), если смотреть из системы отсчета, покоящейся по отношению к объекту. Внутренняя энергия включает кинетическую энергию поступательного движения, вращения и вибрации молекул, потенциальную энергию внутри молекул и потенциальную энергию между молекулами.
В физике более распространенным способом представления внутренней энергии системы является ее макроскопические характеристики, которые очень похожи на средние атомные и молекулярные значения.
С макроскопической точки зрения изменение внутренней энергии ΔU [Дж] определяется как разность между полученной энергией Q [Дж] (в виде теплоты) и потерянной энергией W [Дж] (в виде работы).
Изображение: Внутренняя энергия
В термодинамике нас интересует не абсолютная величина внутренней энергии тела (системы), а изменение (изменение) ее внутренней энергии. Это связано с тем, что изменение внутренней энергии системы представляет собой обмен энергией системы с ее окружением (окружающей средой).
ΔU = Q – Вт
(1)
где:
ΔU [Дж] – изменение внутренней энергии
Q [Дж] – полезная теплопередача системой
Изображение: Внутренняя энергия – теплопередача
Q [Дж] представляет собой сумму всех теплопередач в систему и из нее. Если Q [Дж] положителен, когда тепло передается в систему (получается тепло), и отрицателен, когда тепло отводится из системы (тепло теряется).
Q = Q _in – Q _out
(2)
W [J] положителен, когда система выполняет больше работы над окружающей средой, чем над ней.
W = W _out – W _in
(3)
Назад
Формула
Формула (уравнение) для расчета изменения внутренней энергии:
(4)
Теплота Q [Дж] и работа W [Дж] рассчитываются по уравнениям (2) и (3) выше.
Единицей измерения вариации внутренней энергии является джоуль [Дж].
Назад
Пример
В один момент времени система получает 50 Дж теплоты и совершает 30 Дж работы. В дальнейшем система теряет 25 Дж теплоты и над ней совершается 17 Дж работы. Рассчитайте чистое изменение внутренней энергии системы.
Шаг 1 . Рассчитайте чистую теплопередачу системы, используя уравнение (2):
Q = Q _через – Q _из = 50 – 25 = 25 Дж
Шаг 2 . Рассчитайте чистую работу системы, используя уравнение (3):
W = W _out – Q _in = 30 – 17 = 13 Дж
Шаг 3 . Рассчитайте изменение внутренней энергии по уравнению (1):
ΔU = Q – W = 25 – 13 = 12 Дж
Система увеличила свою внутреннюю энергию на 12 Дж за счет повышения температуры (получено больше тепла).
Назад
Калькулятор
Калькулятор внутренней энергии позволяет рассчитать изменение внутренней энергии системы при заданных подводимой и отводимой теплоте, а также подводимой и отводимой работе.
Полученная тепло:
Q _в
Работа, выполненная
Система:
W _OUT

Q
9000. Work Oping
9000.
Q _{.
Чистое тепло
заменено:
Q
Чистая работа:
Вт
Внутренняя энергия:
ΔU
Единицей измерения энергии по умолчанию является 1 0 0 0 90 0 0 0 . Если вы хотите, чтобы результат отображался в других единицах, используйте раскрывающийся список для выбора и снова нажмите кнопку РАСЧЕТ.
Назад
Ссылки
[1] Дэвид Холлидей, Роберт Резник, Джерл Уокер, Основы физики, 7-е издание, John Wiley & Sons, 2004.
[2] Benjamin Crowell, Light and Matter – Physics, 2007.
[3] Raymond A. Serway and John W. Jr. Jewett, Physics for Scientists and Engineers, 6th edition, Brooks/Cole Publishing Co., 2004
[3]. 4] Jiansong Li, Jiyun Zhao и Xiaochun Zhang, Новая система рекуперации энергии, объединяющая маховик и регенерацию потока для системы гидравлической стрелы экскаватора, Energies 2020.}