Температура и внутренняя энергия

Слайд 1. Температура и внутренняя энергия

Основы молекулярно-кинетической теории тепловых явлений

Запишите дату и тему урока

Слайд 2. Домашнее задание

Параграфы 4, 5

страница 23 вопрос 3

Слайд 3. Тепловые явления

Тепловыми называют явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел, а также с изменением их агрегатного состояния. Примерами могут служить таяние льда, кипение воды, образование инея или нагревание металлической детали при трении. Все эти процессы напрямую зависят от внутреннего строения вещества и движения его частиц.

Слайд 4. Что такое температура?

Температура — это физическая величина, характеризующая степень нагретости тела. С точки зрения физики, она является мерой средней кинетической энергии хаотического движения частиц, из которых состоит тело. Чем быстрее движутся молекулы, тем выше температура объекта.

Слайд 5. Связь температуры с движением

1. При повышении температуры скорость частиц растёт.

2. Увеличивается интенсивность диффузии.

3. Броуновское движение становится более активным.

4. Тело расширяется из-за увеличения амплитуды колебаний частиц.

Слайд 6. Шкалы измерения температуры

Основана на точках замерзания ($0^{\circ }C$) и кипения ($100^{\circ }C$) воды при нормальном давлении. Самая распространенная в быту.

Абсолютная термодинамическая шкала. Нуль Кельвина

($0K=-273,15^{\circ }C$) —

состояние, при котором прекращается тепловое движение частиц.

Слайд 7. Внутренняя энергия

Слайд 8. Определение внутренней энергии

Внутренняя энергия тела ($U$) — это сумма кинетической энергии теплового движения всех частиц (атомов, молекул), из которых состоит тело, и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

Измеряется в джоулях (Дж)

Запишите определение внутренней энергии

$U=E_{\text{кин}}+E_{\text{пот}}$

Слайд 9. Составляющие энергии $U$

Энергия движения молекул: поступательного, вращательного и колебательного.

Энергия взаимодействия молекул (притяжения и отталкивания), зависящая от расстояния.

Энергия электронов в атомах и энергия внутри атомного ядра (в обычных процессах не меняется).

Слайд 10. Молекулярная структура и энергия

Слайд 11. Структура внутренней энергии

Мы можем измерить не абсолютное значение $U$, а только его изменение $\Delta U$.

Слайд 12. От чего зависит внутренняя энергия?

— Температура тела: чем выше $T$, тем больше скорость молекул и их $E_k$.

— Агрегатное состояние: при плавлении $E_k$ не меняется, но растёт $E_p$ из-за разрыва связей.

— Масса тела: чем больше частиц, тем больше суммарная энергия.

— Род вещества: разные молекулы имеют разную массу и силы взаимодействия.

Слайд 13. Внутренняя энергия зависит от:

— Температуры тела.

— Агрегатного состояния вещества

— Массы тела

— Рода вещества

Запишите

Слайд 14. Энергия в разных состояниях

Взаимодействие слабое,

$E_k$ >> $E_p$.

Частицы близко, $E_k$ и $E_p$ сопоставимы по величине.

Сильное взаимодействие, преобладает $E_p$ связей кристаллической решетки.

Высокая ионизация, огромная кинетическая энергия частиц.

Слайд 15. Способы изменения внутренней энергии

Слайд 16. Совершение механической работы

Если над телом совершают работу (сжимают газ, трут детали), его внутренняя энергия увеличивается. Если тело само совершает работу (расширяющийся газ в цилиндре), его внутренняя энергия уменьшается, и оно охлаждается.

Слайд 17. Теплопередача

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы называется теплопередачей. Энергия всегда переходит от более нагретого тела к менее нагретому до установления теплового равновесия.

Слайд 18. Внутренняя энергия меняется при:

- Совершении работы

- Теплопередаче

Запишите

Слайд 19. Сравнение способов изменения $U$

Связано с макроскопическим перемещением тел или их частей. Пример: сверление металла.

Микроскопический процесс обмена энергией между молекулами при контакте или излучении.

Слайд 20. Виды теплопередачи

Перенос энергии через прямой контакт (в металлах — электронами и колебаниями решетки).

Перенос энергии потоками жидкости или газа (подъем теплого воздуха).

Перенос энергии электромагнитными волнами. Возможен в вакууме.

Слайд 21. Задачи ОГЭ

В солнечный день на пляже бывает невозможно пройти босиком по разогретому песку. Какой способ теплопередачи преимущественно объясняет нагревание песка в солнечный день? 

1)  теплопроводность

2)  излучение

3)  конвекция

4)  конвекция и теплопроводность

Слайд 22. Задачи ОГЭ

В солнечный день на пляже бывает невозможно пройти босиком по разогретому песку. Какой способ теплопередачи преимущественно объясняет нагревание песка в солнечный день? 

1)  теплопроводность

2)  излучение

3)  конвекция

4)  конвекция и теплопроводность

В солнечный день песок на пляже нагревается от Солнца путем излучения, идущего от него. Верный ответ  — 2.

Слайд 23. Задачи ОГЭ

При строительстве трубопроводов делают П-образные компенсаторы (см. рисунок), чтобы избежать искривления трубопровода. Какое явление учитывают строители, создавая такие компенсаторы?

1)  малую сжимаемость твердых тел

2)  тепловое расширение/сжатие твердых тел

3)  тепловое равновесие твердых тел

4)  передачу давления твердыми телами

Слайд 24. Задачи ОГЭ

При строительстве трубопроводов делают П-образные компенсаторы (см. рисунок), чтобы избежать искривления трубопровода. Какое явление учитывают строители, создавая такие компенсаторы?

1)  малую сжимаемость твердых тел

2)  тепловое расширение/сжатие твердых тел

3)  тепловое равновесие твердых тел

4)  передачу давления твердыми телами

Искривление трубопровода может происходить из-за теплового расширения труб в летнее время и сжатие в зимнее время (2)

Слайд 25. Задачи ОГЭ

При торможении в земной атмосфере космический корабль нагревается. Какой способ изменения внутренней энергии объясняет в этом случае нагревание корабля?

1)  совершение работы

2)  излучение

3)  теплороводность

4)  конвекция

Слайд 26. Задачи ОГЭ

При торможении в земной атмосфере космический корабль нагревается. Какой способ изменения внутренней энергии объясняет в этом случае нагревание корабля?

1)  совершение работы

2)  излучение

3)  теплороводность

4)  конвекция

Изменение внутренней энергии происходит в результате совершения работы силой трения (1).

Слайд 27. «Теплота состоит во внутреннем вращательном движении материи...»

— М. В. Ломоносов, основоположник кинетической теории теплоты

Слайд 28. Тепловое равновесие в природе

Слайд 29. Сравнение характеристик состояний

Слайд 30. Важные выводы для задач

— Если температура не меняется, средняя $E_k$ молекул постоянна.

— При плавлении льда $T=0^{\circ }C$, но $U$ растет из-за притока тепла.

— Внутренняя энергия идеального газа зависит только от его температуры.

— Работа газа считается положительной при его расширении.

Слайд 31. Зависимость средней энергии от температуры

График иллюстрирует прямую пропорциональную зависимость средней кинетической энергии идеального газа от абсолютной температуры по шкале Кельвина.

Слайд 32. Подведем итоги

Температура — мера средней кинетической энергии частиц.

Внутренняя энергия — сумма энергий движения и взаимодействия всех частиц тела.

$U$ зависит от температуры, массы и агрегатного состояния.

Изменить $U$ можно двумя способами: работой и теплопередачей.

Слайд 33. Спасибо за внимание! Есть ли вопросы?