E = W - LOGIM.EDU.GORZOW.PL :: Strona Główna

TEMAT 24: Energia wewnętrzna ciała.
Energia wewnętrzna (oznaczana zwykle jako Ew lub U) to całkowity zasób energii
układu
stanowiący
sumę
energii
oddziaływań
międzycząsteczkowych
i wewnątrzcząsteczkowych układu, a także energii ruchu cieplnego cząsteczek oraz
wszystkich innych rodzajów energii występujących w układzie.
Wiemy, że każde ciało zbudowane jest z cząsteczek, które są w ciągłym ruchu, czyli
posiadają energię kinetyczną, a także posiadają energię potencjalną, gdyż oddziałują ze sobą.
Definicja uproszczona:
Energia wewnętrzna to suma wszystkich rodzajów energii, dotyczących
budowy wewnętrznej ciał.
Wartość energii wewnętrznej jest trudna do ustalenia ze względu na jej złożony
charakter. W opisie procesów termodynamicznych istotniejsza i łatwiejsza do określenia jest
zmiana energii wewnętrznej. Na przykład dla gazu doskonałego jedyną składową energii
wewnętrznej, która może się zmieniać, jest energia kinetyczna cząsteczek gazu. Stąd zmiana
energii wewnętrznej równa jest zmianie energii kinetycznej cząsteczek. Wynika stąd, że gdy
energia wewnętrzna gazu pozostaje stała, nie zmienia się również temperatura gazu
doskonałego.
Energię wewnętrzną można zwiększyć wykonując nad ciałem pracę W np. przy
pokonywaniu siły tarcia:
∆E = W
Energię wewnętrzną można zmienić poprzez wymianę cieplną.
Jednostką energii wewnętrznej jest dżul (1J).
Gdy ciało wykonuje pracę to jego energia wewnętrzna maleje.
Wzrost średniej energii cząsteczek substancji, z której zbudowane jest ciało powoduje
także wzrost jego temperatury. Jednostką w układzie SI temperatury jest kelwin (K), a nie,
jak możnaby sądzić, stopień Celsjusza (ºC). W skali Kelvina nie ma temperatur ujemnych,
dlatego jest to skala bezwzględna, gdzie 0 w skali Kelvina nazywamy zerem absolutnym.
Zmiana temperatury w skali Kelvina do temperatury w skali Celsjusza polega na
dodaniu liczby 273. Aby temperaturę w skali Celsjusza zamienić na kelwiny trzeba odjąć
273.
T=t+273
Przykład:
t = 36 ºC - dana temperatura w kelwinach będzie wynosić:
T = 36 ºC + 273 = 309 K
T = 100 K - dana temperatura w kelwinach będzie wynosić:
T = 100 K - 273 = - 173 ºC
Różnica temperatur w obu skalach jest taka sama ∆T=∆t.
ZADANIA:
1. Podaj 4 przykłady tego, że energia wewnętrzna ciała może być zminiona w wyniku pracy
wykonanej nad ciałem.
2. Pociąg o 200 ton i szybkości 108 km/h zahamował hamulcami. O ile wzrosła energia
wewnętrzna hamulców i kół, o które tarły te hamulce?
3. Podczas spadania ciała o masie 2,5 kg, na skutek oporu powietrza, jego energia
wewnętrzna wzrosła o 35 J. Z jakiej wysokości spadło ciało, jeżeli w momencie uderzenia
o Ziemię miało szybkość 10 m/s ?
4. Zamień jednostki temperatury:
a) 100 ºC =
K
b) 400 K =
ºC
c) 0 ºC =
K
d) 30 K =
ºC