Внутренняя энергия, виды теплопередачи, измерение количества теплоты

Основные положения молекулярно-кинетической теории:

1. Любое вещество состоит из мельчайших частиц — молекул и атомов. Они расположены в пространстве дискретно, то есть на некоторых расстояниях друг от друга.

2. Атомы или молекулы вещества находятся в состоянии беспорядочного движения, которое никогда не прекращается.

3. Атомы или молекулы вещества взаимодействуют друг с другом силами притяжения и отталкивания, которые зависят от расстояний между частицами.

Атом — это наименьшая частица данного химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Химических элементов не так много — все они сведены в таблицу Менделеева.

Молекула — это наименьшая частица данного вещества (не являющегося химическим элементом), сохраняющая все его химические свойства. Молекула состоит из двух или более атомов одного или нескольких химических элементов.

Твёрдое тело — это одно из четырёх агрегатных состояний вещества, отличающееся от других агрегатных состояний (жидкости, газов, плазмы) стабильностью формы и характером теплового движения атомов, совершающих малые колебания около положений равновесия.

Жидкость — вещество, находящееся в жидком агрегатном состоянии, занимающем промежуточное положение между твёрдым и газообразным состояниями. При этом агрегатное состояние жидкости как и агрегатное состояние твёрдого тела является конденсированным, т. е. таким, в котором частицы (атомы, молекулы, ионы) связаны между собой. Основным свойством жидкости, отличающим её от веществ, находящихся в других агрегатных состояниях, является способность неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём.

Газ (газообразное состояние) — одно из четырёх основных агрегатных состояний вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью. Частицы газа почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения. Газообразное состояние вещества в условиях, когда возможно существование устойчивой жидкой или твёрдой фазы этого же вещества, обычно называется паром. Реальный газ представляет собой высоко перегретый пар, свойства которого незначительно отличаются от идеального газа.

Броуновское движение – хаотическое движение очень мелких частиц в жидкости или в воздухе.

Диффузия – взаимное проникновение друг в друга соприкасающихся веществ вследствие теплового движения частиц этих веществ.

Внутренняя энергия системы – сумма кинетических энергий хаотического движения всех молекул (атомов) и потенциальных энергий их взаимодействия друг с другом.

Если смотреть на тело (термодинамическую систему) из системы отсчета, в которой оно покоится, то при совершении над ним работы его внутренняя энергия увеличивается ровно на величину этой работы. , где U₀ – начальная внутренняя энергия тела, A – работа, совершенная над телом, U_к – конечная внутренняя энергия тела.

Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к менее горячему, либо непосредственно (при контакте), или через разделяющую перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к менее горячему.

Знак «+» ставится в случае, когда теплота сообщается телу, «-» ставится, когда теплота отдается телом.

Теплоизолированная система – такая, которая не обменивается теплотой с внешними телами (не входящими в систему).

Если термодинамическая система является полностью изолированной, она с течением времени самопроизвольно переходит в состояние термодинамического равновесия.

Температура – физическая величина, характеризующая степень нагретости термодинамической системы, находящейся в состоянии теплового (термодинамического) равновесия.

Для измерения температуры используют свойства всех полностью изолированных термодинамических систем приходить в состояние теплового равновесия.

Измерение температуры основано на достижении теплового равновесия между телом, температура которого измеряется, и термометром.

Термометр, во-первых, должен содержать рабочее вещество, параметры которого однозначно изменяются при изменении его температуры; во-вторых, его шкала должна быть соответствующим образом оцифрована; в-третьих, используемый термометр должен быть таким, чтобы изменение температуры тела в процессе измерения было незначительным.

За единицу абсолютной температуры принят 1 кельвин (К), который равен 1 градусу Цельсия (⁰С).

По шкале Цельсия абсолютному нулю по шкале Кельвина соответствует температуре -273,15⁰С (при расчетах приближенно считают -273⁰С).

Количество теплоты

Количество теплоты Q, полученное телом при теплообмене, и изменение температуры тела связаны соотношением:

Теплоемкостью тела называют коэффициент C, равный отношению количества теплоты, полученного телом, к соответствующему изменению его температуры: .

Теплоемкость однородного тела пропорциональна массе этого тела.

Удельная теплоемкость – количество теплоты, необходимое для нагревания на один градус 1 кг этого вещества. Единица удельной теплоемкости в СИ – джоуль на килограмм-кельвин, .

Для нахождения теплоемкости С однородного тела массой m, состоящего из вещества с удельной теплоемкостью c, надо его массу умножить на удельную теплоемкость этого вещества: .