Năng lượng bên trong. Công và truyền nhiệt là những cách làm biến đổi nội năng

1. Có hai loại cơ năng: động năng và thế năng. Bất kỳ vật thể chuyển động nào cũng có động năng; nó tỷ lệ thuận với khối lượng của vật và bình phương tốc độ của nó. Các vật tương tác với nhau đều có thế năng. Thế năng của một vật tương tác với Trái đất tỷ lệ thuận với khối lượng của nó và khoảng cách giữa
anh ta và bề mặt Trái đất.

Tổng động năng và thế năng của một vật gọi là cơ năng toàn phần. Do đó, tổng năng lượng cơ học phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của cơ thể và vị trí của nó so với cơ thể mà nó tương tác.

Nếu cơ thể có năng lượng thì nó có thể thực hiện công. Khi công việc được thực hiện, năng lượng của cơ thể sẽ thay đổi. Giá trị của công bằng độ biến thiên năng lượng.

2. Nếu không khí được bơm vào một chiếc lọ có thành dày được đậy bằng nút, đáy lọ được phủ nước (Hình 67), thì sau một thời gian, nút sẽ bay ra khỏi lọ và sương mù sẽ hình thành trong lọ.

Điều này được giải thích là do trong không khí trong bình có hơi nước hình thành khi nước bay hơi. Sự xuất hiện của sương mù có nghĩa là hơi nước đã biến thành nước, tức là. ngưng tụ, và điều này có thể xảy ra khi nhiệt độ giảm xuống. Kết quả là nhiệt độ không khí trong bình giảm xuống.

Lý do cho điều này là như sau. Nút chai bay ra khỏi bình vì không khí ở đó tác dụng lên nó một lực nhất định. Không khí đã hoạt động khi phích cắm bật ra. Người ta biết rằng cơ thể có thể thực hiện công nếu có năng lượng. Vì vậy không khí trong bình có năng lượng.

Khi không khí thực hiện công, nhiệt độ của nó giảm và trạng thái của nó thay đổi. Đồng thời, cơ năng của không khí không thay đổi: tốc độ cũng như vị trí của nó so với Trái đất đều không thay đổi. Do đó, công được thực hiện không phải do cơ học mà do năng lượng khác. Năng lượng này là năng lượng bên trong không khí trong lọ.

3. Nội năng của một vật là tổng động năng chuyển động của các phân tử và thế năng tương tác của chúng.

Các phân tử có động năng ​\((E_к) \) , vì chúng đang chuyển động và có thế năng \((E_п) \) , vì chúng tương tác.

Nội năng được ký hiệu bằng chữ ​\(U\) ​. Đơn vị năng lượng bên trong là 1 joule (1 J).

\[ U=E_к+E_п \]

4. Tốc độ chuyển động của các phân tử càng lớn thì nhiệt độ cơ thể càng cao, do đó, năng lượng bên trong phụ thuộc vào nhiệt độ cơ thể. Để chuyển một chất từ ​​trạng thái rắn sang trạng thái lỏng, chẳng hạn như biến băng thành nước, bạn cần cung cấp năng lượng cho nó. Do đó, nước sẽ có nội năng lớn hơn nước đá có cùng khối lượng, và do đó, năng lượng bên trong phụ thuộc vào trạng thái tập hợp của cơ thể.

Năng lượng bên trong của một cơ thể không phụ thuộc vào chuyển động tổng thể của nó và vào sự tương tác của nó với các cơ thể khác. Do đó, nội năng của một quả bóng nằm trên bàn và trên sàn là như nhau, cũng như một quả bóng đứng yên và lăn trên sàn (tất nhiên nếu chúng ta bỏ qua lực cản chuyển động của nó).

Sự thay đổi nội năng có thể được đánh giá bằng giá trị công thực hiện. Ngoài ra, vì nội năng của cơ thể phụ thuộc vào nhiệt độ của nó nên sự thay đổi nhiệt độ của cơ thể có thể được sử dụng để đánh giá sự thay đổi nội năng của nó.

5. Năng lượng bên trong có thể được thay đổi bằng cách thực hiện công việc. Như vậy, trong thí nghiệm đã mô tả, nội năng của không khí và hơi nước trong bình giảm khi chúng thực hiện công đẩy nút ra. Đồng thời, nhiệt độ của không khí và hơi nước giảm xuống, bằng chứng là xuất hiện sương mù.

Nếu bạn dùng búa đập vào một miếng chì nhiều lần, bạn thậm chí có thể biết khi chạm vào rằng miếng chì sẽ nóng lên. Do đó, nội năng của anh ta cũng như nội năng của chiếc búa đều tăng lên. Điều này xảy ra vì công việc được thực hiện trên một miếng chì.

Nếu cơ thể tự hoạt động thì nội năng của nó giảm đi, và nếu cơ thể thực hiện công thì nội năng của nó sẽ tăng lên.

Nếu trong một chiếc cốc có nước lạnhđổ nước nóng, sau đó nhiệt độ nước nóng sẽ giảm và nước lạnh sẽ tăng. Trong trường hợp này, không có công nào được thực hiện, nhưng nội năng của nước nóng giảm, bằng chứng là nhiệt độ của nó giảm.

Vì lúc đầu nhiệt độ của nước nóng cao hơn nhiệt độ của nước lạnh nên nội năng của nước nóng lớn hơn. Điều này có nghĩa là các phân tử nước nóng có động năng lớn hơn các phân tử nước lạnh. Các phân tử nước nóng truyền năng lượng này sang các phân tử nước lạnh khi va chạm và động năng của các phân tử nước lạnh tăng lên. Động năng của các phân tử nước nóng giảm.

Trong ví dụ đang xét, công cơ học không được thực hiện; nội năng của vật thay đổi theo truyền nhiệt.

Truyền nhiệt là phương pháp làm thay đổi nội năng của cơ thể bằng cách truyền năng lượng từ bộ phận này sang bộ phận khác của cơ thể hoặc từ cơ thể này sang cơ thể khác mà không thực hiện công.

Phần 1

1. Nội năng của chất khí đựng trong bình kín có thể tích không đổi được xác định bằng

1) chuyển động hỗn loạn của các phân tử khí
2) chuyển động của toàn bộ tàu bằng khí
3) sự tương tác của tàu với khí và Trái đất
4) tác dụng của ngoại lực lên bình chứa khí

2. Nội năng của cơ thể phụ thuộc vào

A) trọng lượng cơ thể
B) vị trí của vật thể so với bề mặt Trái đất
B) tốc độ chuyển động của cơ thể (khi không có ma sát)

Câu trả lời chính xác

1) chỉ A
2) chỉ B
3) chỉ B
4) chỉ B và C

3. Nội năng của cơ thể không phụ thuộc vào

A) nhiệt độ cơ thể
B) trọng lượng cơ thể
B) vị trí của vật thể so với bề mặt Trái đất

Câu trả lời chính xác

1) chỉ A
2) chỉ B
3) chỉ B
4) chỉ A và B

4. Nội năng của vật thay đổi như thế nào khi nóng lên?

1) tăng
2) giảm
3) đối với chất khí thì tăng, đối với chất rắn và chất lỏng không thay đổi
4) không thay đổi đối với chất khí, tăng đối với chất rắn và chất lỏng

5. Nội năng của một đồng tiền tăng lên nếu nó

1) đun nóng trong nước nóng
2) ngâm trong nước có cùng nhiệt độ
3) làm cho nó di chuyển với tốc độ nào đó
4) nâng lên trên bề mặt Trái đất

6. Một cốc nước đặt trên bàn trong phòng, một cốc nước khác có cùng khối lượng và cùng nhiệt độ đặt trên một kệ treo ở độ cao 80 cm so với bàn. Nội năng của cốc nước đặt trên bàn là

1) nội năng của nước trên thềm
2) thêm nội năng của nước trên kệ
3) nội năng của nước trên kệ ít hơn
4) bằng 0

7. Sau khi phần nóng được ngâm trong nước lạnh, năng lượng bên trong

1) cả phần và nước sẽ tăng
2) cả phần và nước sẽ giảm
3) các bộ phận sẽ giảm và nước sẽ tăng
4) phần sẽ tăng và nước sẽ giảm

8. Một cốc nước ở trên bàn trong phòng, và một cốc nước khác có cùng khối lượng và cùng nhiệt độ ở trên một chiếc máy bay đang bay với tốc độ 800 km/h. Nội năng của nước trong máy bay

1) bằng nội năng của nước trong phòng
2) nhiều năng lượng bên trong của nước trong phòng
3) ít năng lượng bên trong của nước trong phòng
4) bằng 0

9. Sau khi nước nóng được rót vào cốc đặt trên bàn, nội năng

1) cốc và nước tăng lên
2) cốc và nước giảm
3) cốc giảm và nước tăng
4) cốc tăng và nước giảm

10. Nhiệt độ cơ thể có thể tăng lên nếu

A. Hãy làm việc đó.
B. Cho anh ấy chút ấm áp.

Câu trả lời chính xác

1) chỉ A
2) chỉ B
3) cả A và B
4) cả A và B

11. Quả bóng chì được làm lạnh trong tủ lạnh. Nội năng của quả bóng, khối lượng của nó và mật độ chất của quả bóng thay đổi như thế nào? Cho mỗi đại lượng vật lý xác định tính chất thích hợp của sự thay đổi. Viết các số đã chọn cho từng đại lượng vật lý vào bảng. Các con số trong câu trả lời có thể được lặp lại.

SỐ LƯỢNG VẬT LÝ
A) nội năng
B) khối lượng
B) mật độ

BẢN CHẤT CỦA THAY ĐỔI
1) tăng
2) giảm
3) không thay đổi

12. Không khí được bơm vào chai, đậy kín bằng nút chai. Đến một lúc nào đó nút chai bay ra khỏi chai. Điều gì xảy ra với thể tích không khí, nội năng và nhiệt độ của nó? Với mỗi đại lượng vật lý, hãy xác định tính chất biến đổi của nó. Viết các số đã chọn cho từng đại lượng vật lý vào bảng. Các con số trong câu trả lời có thể được lặp lại.

SỐ LƯỢNG VẬT LÝ
A) khối lượng
B) nội năng
B) nhiệt độ

BẢN CHẤT CỦA THAY ĐỔI
1) tăng
2) giảm
3) không thay đổi

câu trả lời

Năng lượng bên trong của cơ thể không phải là một loại giá trị không đổi. Nó có thể thay đổi trong cùng một cơ thể.

Khi nhiệt độ tăng, nội năng của cơ thể tăng, vì tốc độ chuyển động trung bình của các phân tử tăng lên.

Do đó, động năng của các phân tử của cơ thể này tăng lên. Ngược lại, khi nhiệt độ giảm, nội năng của cơ thể giảm.

Như vậy, năng lượng bên trong của cơ thể thay đổi khi tốc độ chuyển động của các phân tử thay đổi.

Chúng ta hãy thử tìm cách tăng hoặc giảm tốc độ chuyển động của các phân tử. Để làm điều này, chúng ta hãy làm thí nghiệm sau. Hãy gắn một ống đồng có thành mỏng vào giá đỡ (Hình 3). Đổ một ít ether vào ống và đậy lại bằng nút chai. Sau đó, chúng ta sẽ quấn ống bằng một sợi dây và bắt đầu nhanh chóng di chuyển nó theo hướng này, rồi sang hướng khác. Sau một thời gian, ether sẽ sôi và hơi nước sẽ đẩy phích cắm ra ngoài. Kinh nghiệm cho thấy nội năng của ether đã tăng lên: xét cho cùng, nó đã nóng lên và thậm chí sôi lên.

Cơm. 3. Tăng nội năng của cơ thể khi thực hiện công việc

Sự tăng nội năng xảy ra do công thực hiện khi cọ xát ống với một sợi dây.

Sự nóng lên của các vật thể cũng xảy ra trong quá trình va đập, giãn nở và uốn cong, tức là trong quá trình biến dạng. Năng lượng bên trong của cơ thể trong tất cả các ví dụ trên đều tăng lên.

Kể từ đây, Năng lượng bên trong của cơ thể có thể được tăng lên bằng cách thực hiện công việc trên cơ thể.

Nếu cơ thể tự mình thực hiện công việc đó thì nó nội năng giảm.

Hãy làm thí nghiệm sau.

Chúng tôi bơm không khí vào một bình thủy tinh có thành dày, đóng bằng nút, thông qua một lỗ đặc biệt trên đó (Hình 4).

Cơm. 4. Giảm nội năng của cơ thể khi cơ thể tự thực hiện công việc

Sau một thời gian, nút chai sẽ bật ra khỏi bình. Thời điểm nút chai bật ra khỏi thùng chứa, sương mù được hình thành. Sự xuất hiện của nó có nghĩa là không khí trong tàu đã trở nên lạnh hơn. Khí nén trong bình đẩy phích cắm ra sẽ hoạt động. Anh ta thực hiện công việc này với việc tiêu tốn năng lượng bên trong của mình, năng lượng này ngày càng giảm đi. Sự giảm năng lượng bên trong có thể được đánh giá bằng việc làm mát không khí trong bình. Vì thế, Nội năng của cơ thể có thể bị biến đổi bằng cách thực hiện công.

Năng lượng bên trong của cơ thể có thể được thay đổi theo cách khác mà không cần thực hiện công việc. Ví dụ, nước sôi trong ấm đặt trên bếp. Không khí và các đồ vật khác nhau trong phòng được làm nóng bằng bộ tản nhiệt sưởi ấm trung tâm, mái nhà bị tia nắng mặt trời làm nóng, v.v. Trong tất cả các trường hợp này, nhiệt độ của vật thể tăng lên, đồng nghĩa với việc năng lượng bên trong của chúng tăng lên. Nhưng công việc vẫn chưa hoàn thành.

Có nghĩa, sự thay đổi nội năng có thể xảy ra không chỉ do công được thực hiện.

Làm thế nào chúng ta có thể giải thích sự gia tăng nội năng trong những trường hợp này?

Hãy xem xét ví dụ sau.

Đặt nó vào một chiếc cốc với nước nóng kim đan kim loại. Động năng của các phân tử nước nóng lớn hơn động năng của các hạt kim loại lạnh. Các phân tử nước nóng khi tương tác với các hạt kim loại lạnh sẽ truyền một phần động năng sang chúng. Kết quả là, năng lượng của các phân tử nước sẽ giảm trung bình và năng lượng của các hạt kim loại sẽ tăng lên. Nhiệt độ nước sẽ giảm và nhiệt độ của nan kim loại sẽ tăng dần. Sau một thời gian, nhiệt độ của chúng sẽ cân bằng. Trải nghiệm này cho thấy sự thay đổi năng lượng bên trong của cơ thể.

Vì thế, Năng lượng bên trong của cơ thể có thể được thay đổi bằng cách truyền nhiệt.

Quá trình thay đổi nội năng mà không thực hiện công lên cơ thể hoặc bản thân cơ thể được gọi là truyền nhiệt.

Sự truyền nhiệt luôn xảy ra theo một hướng nhất định: từ vật có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ caođến những cơ thể có nhiệt độ thấp hơn

Khi nhiệt độ cơ thể cân bằng, quá trình truyền nhiệt dừng lại.

Năng lượng bên trong của cơ thể có thể được thay đổi theo hai cách: bằng cách thực hiện công cơ học hoặc bằng cách truyền nhiệt.

Ngược lại, truyền nhiệt có thể được thực hiện: 1) độ dẫn nhiệt; 2) đối lưu; 3) bức xạ.

Câu hỏi

1. Sử dụng Hình 3, hãy cho biết nội năng của một vật thay đổi như thế nào khi thực hiện công vào nó.
2. Hãy mô tả một thí nghiệm chứng tỏ vật có thể thực hiện công bằng cách sử dụng nội năng.
3. Cho ví dụ về sự thay đổi nội năng của vật thể do truyền nhiệt.
4. Dựa vào cấu trúc phân tử của chất, hãy giải thích sự nung nóng của một chiếc kim đan ngâm trong nước nóng.
5. Truyền nhiệt là gì?
6. Hai cách để thay đổi nội năng của cơ thể là gì?

Bài tập 2

1. Lực ma sát tác dụng lên vật. Nội năng của cơ thể có thay đổi không? Chúng ta có thể đánh giá điều này bằng những dấu hiệu nào?
2. Khi tụt nhanh, tay bạn sẽ nóng lên. Giải thích tại sao điều này xảy ra.

Bài tập

Đặt đồng xu lên một tấm ván ép hoặc bảng gỗ. Nhấn đồng xu vào bảng và di chuyển nhanh theo hướng này hay hướng khác. Để ý xem bạn cần di chuyển đồng xu bao nhiêu lần để nó ấm, nóng. Rút ra kết luận về mối liên hệ giữa công thực hiện và sự tăng nội năng của cơ thể.

NHIỆT ĐỘ VÀ ĐO LƯỜNG.

[Q]=J. Q=DU.

QUY TRÌNH NHIỆT.

Nóng chảy và kết tinh.

Trong những điều kiện nhất định, cùng một chất có thể ở trạng thái rắn, lỏng và khí, được gọi là trạng thái tổng hợp.

Sự chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng được gọi là tan chảy. Sự nóng chảy xảy ra ở nhiệt độ gọi là điểm nóng chảy. Nhiệt độ nóng chảy của các chất là khác nhau vì cấu trúc của chúng là khác nhau. Điểm nóng chảy là một giá trị dạng bảng. Trong quá trình nóng chảy nhiệt độ không thay đổi vì nhiệt lượng cung cấp được dùng để phá hủy mạng tinh thể cơ thể cường tráng.

LƯỢNG NHIỆT CẦN ĐỂ CHUYỂN 1 KG CHẤT RẮN Ở NHIỆT ĐỘ NÓNG CHUYỂN THÀNH CHẤT LỎNG Ở CÙNG NHIỆT ĐỘ ĐƯỢC GỌI là NHIỆT NÓNG CHUYỂN riêng. [l]=J/kg.

Kết tinh là quá trình chuyển một chất từ ​​trạng thái lỏng sang trạng thái rắn. Điểm nóng chảy của một chất bằng nhiệt độ kết tinh của nó. Giống như trong quá trình nóng chảy, nhiệt độ không thay đổi trong quá trình kết tinh, bởi vì Trong quá trình kết tinh, nhiệt lượng từng tiêu tốn để làm tan chảy cơ thể sẽ được giải phóng. Nó duy trì nhiệt độ của cơ thể kết tinh không đổi. Theo định luật bảo toàn năng lượng, khi tính lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình kết tinh, người ta sử dụng công thức tương tự như trong quá trình nóng chảy. Để chỉ hướng truyền nhiệt, người ta đưa dấu trừ vào đó.

Sự bay hơi và ngưng tụ.

Bốc hơi là quá trình chuyển một chất từ ​​trạng thái lỏng sang trạng thái khí. Các phân tử của chất lỏng thu hút lẫn nhau nên chỉ những phân tử nhanh nhất có động năng cao mới có thể bay ra khỏi chất lỏng. Nếu không có dòng nhiệt truyền vào thì nhiệt độ của chất lỏng bay hơi sẽ giảm. Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào nhiệt độ của chất lỏng, diện tích bề mặt của nó, loại chất lỏng và sự hiện diện của gió trên bề mặt của nó.

NGĂN NGỪNG LÀ SỰ CHUYỂN ĐỔI CHẤT LỎNG THÀNH KHÍ. Trong bình hở, tốc độ bay hơi vượt quá tốc độ ngưng tụ. Trong một bình kín, tốc độ bay hơi và ngưng tụ bằng nhau.

Khi chất lỏng được làm nóng, sự giải phóng không khí hòa tan trong chất lỏng bắt đầu ở đáy và thành bình. Chất lỏng bay hơi bên trong những bong bóng này. Dưới tác dụng của lực Archimedean, các bong bóng vỡ ra khỏi thành bình và nổi lên. Chúng đi vào chất lỏng vẫn chưa được làm nóng và hơi nước ngưng tụ. Các bong bóng sụp đổ. Đồng thời, một tiếng ồn đặc trưng được nghe thấy.

Khi chất lỏng nóng lên, quá trình ngưng tụ hơi nước trong bong bóng dừng lại. Và bong bóng hơi, tăng kích thước do quá trình bay hơi liên tục, chạm tới bề mặt chất lỏng, vỡ ra, giải phóng hơi mà nó chứa vào khí quyển. Chất lỏng đang sôi. Sôi là sự hình thành hơi xảy ra trong toàn bộ thể tích chất lỏng . Sự sôi xảy ra ở nhiệt độ gọi là điểm sôi, nhiệt độ này phụ thuộc vào loại chất lỏng và áp suất trên bề mặt của nó. Khi áp suất bên ngoài giảm, nhiệt độ sôi của chất lỏng giảm. Trong quá trình sôi nhiệt độ của chất lỏng không đổi vì năng lượng được cung cấp được dùng để khắc phục lực hút lẫn nhau của các phân tử chất lỏng.

LƯỢNG NHIỆT CẦN BIẾT ĐỂ CHUYỂN 1 KG CHẤT LỎNG THÀNH HƠI CÓ CÙNG NHIỆT ĐỘ ĐƯỢC GỌI LÀ NHIỆT CỤ THỂ CỦA VIỆC HÌNH THÀNH HƠI. [L] = J/kg. Nhiệt dung riêng của sự hóa hơi là khác nhau đối với các chất lỏng khác nhau và giá trị bằng số của nó là giá trị dạng bảng. Để tính lượng nhiệt cần thiết làm bay hơi một chất lỏng, bạn cần nhiệt dung riêng sự bay hơi của chất lỏng này nhân với khối lượng của chất lỏng bay hơi.

Khi hơi nước ngưng tụ, lượng nhiệt được giải phóng tương đương với lượng nhiệt tiêu hao cho quá trình bay hơi của nó. Sự ngưng tụ mạnh của hơi nước xảy ra ở nhiệt độ ngưng tụ bằng điểm sôi.

Sự cháy nhiên liệu.

Khi nhiên liệu cháy quá trình đang diễn ra sự hình thành các phân tử carbon dioxide từ nguyên tử carbon nhiên liệu và nguyên tử oxy không khí trong khí quyển. Quá trình oxy hóa này đi kèm với việc giải phóng một lượng nhiệt lớn. Đối với đặc điểm các loại khác nhau nhiên liệu được giới thiệu Nhiệt lượng riêng khi đốt cháy nhiên liệu - LƯỢNG NHIỆT Tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu . [q]=J/kg. Giống như tất cả các giá trị cụ thể khác, nhiệt dung riêng của quá trình đốt cháy nhiên liệu là một giá trị dạng bảng. Để tính lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu, nhiệt dung riêng của quá trình đốt cháy nhiên liệu phải nhân với khối lượng của nhiên liệu.

Đốt cháy nhiên liệu là một quá trình không thuận nghịch, tức là nó chỉ chảy theo một hướng.

LUẬT COULLOMB.

Điện tích điểm là điện tích nằm trên một vật mà kích thước và hình dạng của nó có thể bỏ qua trong những điều kiện nhất định. Định luật tương tác của các điện tích điểm đứng yên được C. Coulomb tìm ra bằng thực nghiệm bằng cách sử dụng cân xoắn vào năm 1785.

Cân xoắn là một chùm cách nhiệt nhẹ với các quả cầu dẫn điện nhỏ được gắn ở hai đầu của nó, một trong số đó không liên quan đến thí nghiệm mà chỉ đóng vai trò làm đối trọng. Con lắc được treo trên một sợi dây đàn hồi mỏng. Quả bóng thứ ba mang điện tích tương tự được thả vào bên trong qua nắp thiết bị. Một trong những quả bóng rocker bị thu hút bởi quả bóng được chèn vào. Trong trường hợp này, điện tích được chia đôi cho chúng, tức là. các quả bóng sẽ có điện tích cùng tên và độ lớn bằng nhau. Các quả bóng sẽ đẩy nhau. Lực tương tác giữa các quả bóng được đo bằng góc xoắn của sợi chỉ. Lượng điện tích có thể được thay đổi bằng cách lấy quả bóng thứ ba ra khỏi thiết bị và loại bỏ điện tích khỏi nó. Sau khi đưa nó vào thiết bị và phân tách điện tích mới, một nửa điện tích ban đầu sẽ vẫn còn trên các quả bóng. Bằng cách thay đổi độ lớn của các điện tích và khoảng cách giữa chúng, Coulomb đã chứng minh được rằng SỨC LỰC TƯƠNG TÁC CỦA CÁC PHÍ ĐIỂM TỶ LỆ TRỰC TIẾP VỚI CÁC MÔ-ĐUN CỦA PHÍ VÀ TỶ LỆ NGHIÊM TRỌNG VỚI BÌNH TRƯỜNG KHOẢNG CÁCH GIỮA CHÚNG . Điện tích điểm là những điện tích nằm trên các vật thể có kích thước và hình dạng có thể bỏ qua trong trường hợp cụ thể này.

F ~ q 1 , F~q 2 , F~1/r 2 Þ F~½q 1 ½½q 2 ½/r 2 .

Ngoài ra, người ta còn phát hiện ra rằng lực tương tác giữa các điện tích trong chân không lớn hơn trong bất kỳ môi trường điện môi nào. Đại lượng cho biết lực tương tác giữa các điện tích trong chân không lớn hơn bao nhiêu lần so với trong một môi trường nhất định được gọi là hằng số điện môi của môi trường. Hằng số điện môi của môi trường là một giá trị dạng bảng.

e = F trong /F. [e] = 1.

Người ta đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng hệ số tỷ lệ trong định luật Coulomb k = 9 * 1O 9 Nm 2 / C 2 là lực mà hai điện tích điểm 1 C mỗi điện tích sẽ tương tác trong chân không ở khoảng cách 1 m.

F = k |q 1 | |q 2 |/ er 2 .

Định luật Coulomb cũng có giá trị đối với những quả bóng tích điện. Trong trường hợp này, r được hiểu là khoảng cách giữa tâm của chúng.

LUẬT OHM ĐỐI VỚI PHẦN MẠCH.

Sự tăng hiệu điện thế ở hai đầu dây dẫn làm tăng cường độ dòng điện trong nó. Ohm đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng cường độ dòng điện trong một dây dẫn tỷ lệ thuận với hiệu điện thế giữa nó.

Khi những người tiêu dùng khác nhau được kết nối với cùng một mạch điện, cường độ dòng điện ở họ sẽ khác nhau. Điều này có nghĩa là những người tiêu dùng khác nhau cản trở dòng điện đi qua chúng theo những cách khác nhau. MỘT ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ ĐẶC TÍNH KHẢ NĂNG CỦA DÂY DẪN NGĂN NGỪA DÒNG ĐIỆN QUA NÓ GỌI GỌI Điện trở . Điện trở của một dây dẫn nhất định là một giá trị không đổi ở nhiệt độ không đổi. Khi nhiệt độ tăng, điện trở của kim loại tăng và chất lỏng giảm. [R] = Ôm. 1 Ohm là điện trở của dây dẫn mà dòng điện 1 A chạy qua có hiệu điện thế 1 V ở hai đầu dây dẫn. Dây dẫn kim loại thường được sử dụng nhất. Hạt tải điện trong chúng là các electron tự do. Khi di chuyển dọc theo dây dẫn, chúng tương tác với các ion dương của mạng tinh thể, cung cấp cho chúng một phần năng lượng và mất tốc độ. Để có được lực cản cần thiết, hãy sử dụng băng đạn kháng lực. Kho điện trở là một tập hợp các dây xoắn ốc với các điện trở đã biết có thể được đưa vào mạch theo cách kết hợp mong muốn.

Ohm đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng ĐỘ CƯỜNG HIỆN TRONG MỘT PHẦN ĐỒNG NHẤT CỦA MẠCH TỶ LỆ TRỰC TIẾP VỚI SỰ KHÁC BIỆT TIỀM NĂNG Ở CUỐI PHẦN NÀY VÀ TỶ LỆ NGHIÊM TRỌNG VỚI SỨC KHỎE CỦA PHẦN NÀY.

Phần đồng nhất của mạch điện là phần không có nguồn dòng điện. Đây là định luật Ohm cho một phần đồng nhất của mạch điện - cơ sở của mọi tính toán điện.

Bao gồm các dây dẫn có chiều dài khác nhau, mặt cắt khác nhau, được làm bằng Vật liệu khác nhau, nó đã được tìm thấy: Điện trở của dây dẫn tỉ lệ thuận với chiều dài dây dẫn và tỉ lệ nghịch với diện tích mặt cắt ngang của nó. Điện trở của khối lập phương có cạnh 1 mét, được làm từ một số chất, nếu dòng điện vuông góc với các mặt đối diện của nó, gọi là điện trở riêng của chất này . [r] = Ohm m. Đơn vị điện trở suất không thuộc hệ thống thường được sử dụng - điện trở của dây dẫn có tiết diện 1 mm 2 và chiều dài 1 m. [r] = Ohm mm 2 / m.

Điện trở suất chất - giá trị bảng. Điện trở của dây dẫn tỉ lệ thuận với điện trở suất của nó.

Hoạt động của bộ biến trở dạng trượt và dạng bậc dựa trên sự phụ thuộc của điện trở dây dẫn vào chiều dài của nó. Biến trở trượt là một hình trụ bằng gốm có dây niken quấn quanh nó. Biến trở được kết nối với mạch bằng một thanh trượt, bao gồm chiều dài cuộn dây lớn hơn hoặc nhỏ hơn trong mạch. Dây được phủ một lớp vảy để cách điện các vòng dây với nhau.

A) KẾT NỐI DÒNG VÀ SONG SONG CỦA NGƯỜI TIÊU DÙNG.

Thông thường một số người tiêu dùng hiện tại được bao gồm trong một mạch điện. Điều này là do việc mỗi người tiêu dùng có nguồn hiện tại của riêng mình là không hợp lý. Có hai cách để kết nối người tiêu dùng: nối tiếp và song song, và sự kết hợp của chúng dưới dạng kết nối hỗn hợp.

a) Kết nối nối tiếp của người tiêu dùng.

Với kết nối nối tiếp, người tiêu dùng tạo thành một chuỗi liên tục trong đó người tiêu dùng được kết nối lần lượt với nhau. Với kết nối nối tiếp, không có nhánh dây kết nối nào. Để đơn giản, chúng ta hãy xem xét một mạch gồm hai người tiêu dùng nối tiếp. Một điện tích đi qua một trong những người tiêu dùng cũng sẽ đi qua người tiêu dùng thứ hai, bởi vì trong dây dẫn kết nối người tiêu dùng không thể có sự biến mất, xuất hiện hoặc tích tụ điện tích. q=q 1 =q 2 . Chia phương trình kết quả cho thời gian dòng điện đi qua mạch, chúng ta thu được mối quan hệ giữa dòng điện chạy qua toàn bộ kết nối và dòng điện chạy qua các phần của nó.

Rõ ràng, công để di chuyển một điện tích dương trong toàn bộ hợp chất bao gồm công để di chuyển điện tích này qua tất cả các phần của nó. Những thứ kia. V=V 1 +V 2 (2).

Tổng sự khác biệt tiềm năng giữa những người tiêu dùng được kết nối theo chuỗi bằng tổng các khác biệt tiềm năng giữa những người tiêu dùng.

Hãy chia cả hai vế của phương trình (2) cho dòng điện trong mạch, chúng ta có: U/I=V 1 /I+V 2 /I. Những thứ kia. Điện trở của toàn bộ phần nối tiếp bằng tổng điện trở của các điện áp của các thành phần của nó.

B) Kết nối song song của người tiêu dùng.

Đây là cách phổ biến nhất để kích hoạt người tiêu dùng. Với kết nối này, tất cả người tiêu dùng được kết nối với hai điểm chung cho tất cả người tiêu dùng.

Khi đi qua một kết nối song song, điện tích chạy qua mạch được chia thành nhiều phần, đi đến từng người tiêu dùng. Theo định luật bảo toàn điện tích q=q 1 +q 2. Chia phương trình này cho thời gian truyền điện tích, chúng ta thu được mối quan hệ giữa tổng dòng điện chạy qua mạch và dòng điện chạy qua từng người tiêu dùng.

Phù hợp với định nghĩa về hiệu điện thế V=V 1 =V 2 (2).

Theo định luật Ohm đối với một phần của mạch điện, chúng ta thay thế cường độ dòng điện trong phương trình (1) bằng tỷ số giữa hiệu điện thế và điện trở. Chúng ta nhận được: V/R=V/R 1 +V/R 2. Sau khi giảm: 1/R=1/R 1 +1/R 2 ,

những thứ kia. nghịch đảo của điện trở của một kết nối song song bằng tổng các nghịch đảo của điện trở của các nhánh riêng lẻ của nó.

QUY TẮC CỦA KIRCHHOFF.

Để tính toán phân nhánh mạch điệnÁp dụng quy tắc Kirchhoff.

Điểm trong mạch có ba dây dẫn trở lên giao nhau được gọi là nút. Theo định luật bảo toàn điện tích, tổng dòng điện đi vào nút và rời khỏi nút bằng 0. I = O. (Quy tắc đầu tiên của Kirchhoff). TỔNG ĐẠI SỐ CÁC DÒNG DÒNG CHUYỂN QUA NÚT LÀ BẰNG 0.

Dòng điện đi vào nút được coi là dương, khi rời khỏi nút là âm. Hướng của dòng điện trong các phần của mạch có thể được chọn tùy ý.

Từ phương trình (2) suy ra rằng KHI BỎ QUA BẤT CỨ VÒNG ĐÓNG NÀO, TỔNG ĐẠI SỐ CỦA SỰ GIẢM ĐIỆN ÁP LÀ BẰNG TỔNG ĐẠI SỐ CỦA EMF TRONG MẠCH NÀY , - (quy tắc thứ hai của Kirchhoff).

Hướng đi qua đường viền được chọn tùy ý. Điện áp trong một phần của mạch được coi là dương nếu hướng của dòng điện trong phần này trùng với hướng đi qua mạch. EMF được coi là dương nếu khi đi vòng quanh mạch, nguồn chuyển từ cực âm sang cực dương.

Nếu chuỗi chứa m nút thì m - 1 phương trình có thể được soạn bằng quy tắc đầu tiên. Mỗi phương trình mới phải bao gồm ít nhất một phần tử mới. Tổng số phương trình được biên soạn theo quy tắc Kirchhoff phải trùng với số phần giữa các nút, tức là với số dòng điện.

NAM CHÂM VĨNH CỬU.

Nhận được từ trườngđiện từ khi đưa lõi sắt vào là do sắt trong từ trường bị từ hóa và từ trường của nó chồng lên từ trường của cuộn dây sẽ tăng cường nó. Sắt là một vật liệu có từ tính cao, bao gồm niken, coban, gadolinium và các hợp chất của chúng. Độ từ hóa của lõi sắt được duy trì ngay cả sau khi lấy nó ra khỏi cuộn dây. Bảo quản cơ thể tính hấp dẫn, được gọi là nam châm vĩnh cửu. Mỗi nam châm vĩnh cửu đều có hai cực - bắc và nam. Đây là những vị trí trên nam châm có từ trường lớn nhất. Giống như các cực của nam châm đẩy nhau, các cực khác nhau thì hút nhau. Cấu hình trường của nam châm vĩnh cửu có thể được kiểm tra dễ dàng bằng cách sử dụng mạt sắt.

Các mảnh sắt hoặc quặng sắt được từ hóa tự nhiên đã được sử dụng ở Trung Quốc cổ đại để định hướng trên Trái đất, bản thân Trái đất là một nam châm vĩnh cửu khổng lồ. Cực từ phía Nam của Trái đất nằm trong khu vực cực địa lý phía Bắc nhưng không trùng với cực từ này, cực từ phía Bắc nằm trong khu vực của cực địa lý phía Nam. Vị trí của các cực từ không cố định. Ngoài ra, phân tích đá trầm tích của Trái đất cho thấy từ trường Trái đất đã nhiều lần thay đổi cực. Từ trường Trái đất có vai trò rất lớn đối với mọi sự sống trên đó, bởi... nó bảo vệ chúng ta khỏi dòng hạt bay nhanh về phía Trái đất từ không gian bên ngoài, chủ yếu là từ Mặt trời. Khi dòng chảy này thay đổi trên Trái đất, bão từ- những thay đổi ngắn hạn của từ trường Trái đất, gây gián đoạn liên lạc vô tuyến, làm sai lệch vị trí của các kim từ.

Từ trường của dòng điện.

Vào năm 182O, Oersted phát hiện ra rằng một kim nam châm nằm cạnh dây dẫn mà nó đi qua điện, quay sao cho trục của nó trùng với tiếp tuyến của đường tròn bao quanh dây dẫn này.

Cùng năm đó, Ampere phát hiện ra sự tương tác của dây dẫn với dòng điện và tìm ra định luật mà sự tương tác này tuân theo. Hoạt động của một dây dẫn mang dòng điện lên một kim từ và sự tương tác của các dây dẫn mang dòng điện có thể được giải thích là do một dây dẫn mang dòng điện tạo ra một từ trường trong không gian xung quanh nó, được phát hiện bởi một kim từ hoặc một dây dẫn mang dòng điện khác.

Từ trường là một loại vật chất đặc biệt được tạo ra bằng cách chuyển động của các điện tích (dòng điện) và được phát hiện nhờ tác dụng của nó đối với các điện tích chuyển động (dòng điện). Một từ trường lan truyền trong không gian với tốc độ ánh sáng. Nó giảm khi khoảng cách ngày càng tăng từ dòng điện tạo ra nó. Một từ trường có năng lượng.

Để nghiên cứu từ trường, người ta sử dụng các kim từ tính nhỏ, nhờ đó người ta đã tìm thấy nó Một cách thuận tiện biểu diễn đồ họa của từ trường bằng đường sức từ. Đường từ là đường dọc theo trục của các kim từ nhỏ trong từ trường. Sự xuất hiện của đường sức từ có thể dễ dàng được thiết lập bằng cách rắc những mảnh sắt nhỏ lên bìa cứng và đưa vào một từ trường. Trong trường hợp này, mùn cưa được từ hóa tại hiện trường được sắp xếp thành chuỗi dọc theo các đường từ. Hướng của những đường này được coi là hướng mà cực bắc của kim nam châm sẽ chỉ ra.

Đường sức từ của một dây dẫn thẳng mang dòng điện là những đường tròn mà tâm là dây dẫn mang dòng điện. Hướng của các đường dây được xác định theo quy tắc gimlet: nếu chuyển động tịnh tiến của gimlet (vít phải) trùng với hướng của dòng điện trong dây dẫn thì hướng chuyển động quay Tay cầm của gimlet trùng với hướng của đường sức từ.

Đường sức từ của cuộn dây mang dòng điện (điện từ) là những đường cong khép kín bao phủ các vòng quay của cuộn dây. Hướng của những đường này có thể được xác định dễ dàng bằng quy tắc sau: nếu bạn lấy cuộn dây tay phải sao cho các ngón tay cong hướng dọc theo dòng điện chạy trong nó, khi đó ngón tay cái cong sẽ chỉ hướng của các đường sức từ dọc theo trục của cuộn dây.

Cuộn dây mang dòng điện là một nam châm điện giống như nam châm dải Nam châm vĩnh cửu. Từ trường của cuộn dây tăng theo số vòng dây và dòng điện chạy trong nó. Để tăng cường từ trường, người ta đưa một lõi sắt vào cuộn dây. Vị trí mà đường sức từ đi ra khỏi cuộn dây là Cực Bắc nam châm điện, nơi chúng đi vào - cực nam.

Nam châm điện được sử dụng rộng rãi trong công nghệ để di chuyển các bộ phận sắt nặng, phế liệu sắt và trong nhiều thiết bị kỹ thuật điện và vô tuyến.

Một từ trường tác dụng một lực nào đó lên một dây dẫn mang dòng điện đặt trong nó. Lực này được gọi là lực Ampe và phụ thuộc trực tiếp vào chiều dài của dây dẫn và cường độ dòng điện trong nó. Nó cũng phụ thuộc vào độ lớn của trường và vị trí của dây dẫn. Chiều của lực Ampe được xác định theo quy tắc bàn tay trái: nếu tay tráiđặt trong từ trường sao cho đường sức từ đi vào lòng bàn tay, bốn ngón tay duỗi ra chỉ chiều dòng điện, khi đó ngón cái cong sẽ chỉ chiều của lực.

Tác dụng của từ trường lên dây dẫn mang dòng điện được sử dụng trong động cơ điện. Động cơ điện dòng điện một chiều gồm bộ phận đứng yên - stato và bộ phận chuyển động - rôto. Một cuộn dây được đặt trong các rãnh stato, tạo ra từ trường. Rôto là một cuộn dây có nhiều vòng, dòng điện được cung cấp bằng các tiếp điểm trượt - chổi than. Để tăng từ trường, rôto và stato được làm bằng các tấm thép biến áp, cách điện với nhau. Rôto được dẫn động bởi lực Ampe. Để duy trì tốc độ quay không đổi, hướng của dòng điện trong cuộn dây rôto thay đổi định kỳ với sự trợ giúp của cổ góp, trong trường hợp đơn giản nhất là hai nửa vòng tiếp xúc với chổi than. Khi rôto di chuyển, chổi than di chuyển từ nửa vòng này sang nửa vòng khác, làm thay đổi hướng của dòng điện trong cuộn dây rôto. Điều này giúp cô có cơ hội rẽ thêm nửa vòng nữa khi dòng điện lại đổi hướng.

Bởi vì Hiệu suất của động cơ điện (lên tới 98%) lớn hơn rất nhiều so với động cơ nhiệt nên động cơ điện được sử dụng rộng rãi trong các phương tiện giao thông, nhà máy, v.v. Động cơ điện nhỏ gọn và không gây ô nhiễm môi trường, dễ quản lý.

DỤNG CỤ QUANG HỌC.

Máy ảnh.

Camera gồm có 2 bộ phận chính: camera chống sáng và ống kính. Trong trường hợp đơn giản nhất, thấu kính hội tụ có thể đóng vai trò là thấu kính. Để hình ảnh có chất lượng cao trong toàn bộ trường ảnh, ống kính của máy ảnh hiện đại được trang bị hệ thống phức tạp thấu kính, thường đóng vai trò là thấu kính hội tụ. Ống kính máy ảnh tạo ra, trên phim chụp ảnh được phủ một lớp cảm quang, hình ảnh thực, nghịch đảo và theo quy luật là hình ảnh thu nhỏ của vật thể được chụp. Máy ảnh sử dụng công thức ống kính mỏng. Để thu được hình ảnh rõ ràng (sắc nét) của một vật thể, ống kính máy ảnh được chế tạo có thể di chuyển được. Bằng cách di chuyển ống kính, hình ảnh sẽ đạt được độ sắc nét cần thiết. Các đối tượng được chụp ảnh có thể được bật đồng thời khoảng cách khác nhau từ máy ảnh. Độ sâu trường ảnh đạt được bằng cách cho phép khẩu độ chặn một phần cửa sổ ống kính. Làm sao cửa sổ nhỏ hơnống kính thì các vật thể trong ảnh sẽ ở các khoảng cách khác nhau so với máy ảnh sẽ càng rõ nét.

Khi chụp ảnh, ống kính máy ảnh sẽ tự động mở ra trong một khoảng thời gian ngắn gọi là thời gian phơi sáng. Để làm cho hình ảnh hiển thị, phim được phát triển theo một giải pháp đặc biệt và cố định. Hình ảnh thu được được gọi là âm bản, bởi vì sự truyền ánh sáng ngược được quan sát thấy trên đó. Những nơi trên phim nơi nó rơi xuống nhiều ánh sáng hơn, tối hơn và ngược lại. Để có được thẻ ảnh (dương bản), hình ảnh thu được sẽ được chiếu lên giấy ảnh bằng máy phóng ảnh. Giấy sau đó được phát triển và xử lý.

Máy ảnh hiện đại có thể tạo ra hình ảnh màu sắc và thậm chí ba chiều. Một số thiết bị ngay lập tức tạo ra một bức ảnh làm sẵn. Sự phát triển của nhiếp ảnh đã trở thành điện ảnh.

Nhiếp ảnh được sử dụng rộng rãi trong mục đích khoa học, trong công nghệ, tội phạm học, v.v. Nó có thể khiến chúng ta trở thành nhân chứng của các sự kiện lịch sử. Nhiếp ảnh nghệ thuật đang được phổ biến rộng rãi.

Thiết bị chiếu.

Thiết bị chiếu được sử dụng để thu được hình ảnh thực, phóng to, ngược chiều của các vật trên màn. Nếu hình ảnh thu được dưới ánh sáng truyền qua (ảnh và phim, hình ảnh trên kính), thì thiết bị được gọi là kính soi, trong ánh sáng phản xạ - kính hiển vi. Sự kết hợp của các thiết bị này thường được sử dụng - máy soi dịch kính. Một kính soi bao gồm một nguồn sáng, một tụ điện và một thấu kính vật kính. Để tăng khả năng chiếu sáng cho màn hình, người ta thường đặt một hoặc nhiều gương phía sau nguồn sáng. Một tụ điện (hai thấu kính lồi phẳng) hướng ánh sáng phân kỳ từ nguồn vào thấu kính. Thấu kính đơn giản nhất có thể là thấu kính hội tụ. Vật cần thu được ảnh trên màn được đặt giữa tụ điện và thấu kính. Độ rõ của hình ảnh đạt được bằng cách di chuyển ống kính.

Máy phóng ảnh, máy chiếu phim, máy quay phim, máy chiếu trên cao là các thiết bị chiếu.

Mắt. Kính.

Cấu trúc của mắt giống như một chiếc máy ảnh. Nó bao gồm: củng mạc - phần bên ngoài của mắt giúp bảo vệ mắt khỏi tổn thương cơ học; giác mạc - phần trong suốt phía trước của củng mạc; mống mắt có một lỗ có đường kính thay đổi - đồng tử; thấu kính - thấu kính hai mặt lồi; thủy tinh thể lấp đầy thể tích của mắt; võng mạc - đầu dây thần kinh truyền thông tin đến não. Khoảng trống giữa giác mạc và thủy tinh thể chứa đầy chất lỏng, chủ yếu khúc xạ ánh sáng. Mắt hoạt động theo công thức thấu kính mỏng. Bởi vì Các vật thể có thể được đặt ở những khoảng cách khác nhau so với mắt, khi đó để thu được hình ảnh rõ nét, độ cong của thấu kính có thể thay đổi với sự trợ giúp của cơ mắt. Khả năng của mắt cho hình ảnh rõ nét của các vật ở những khoảng cách khác nhau so với nó được gọi là khả năng điều tiết. Khoảng cách mà mắt cho phép nhìn rõ các chi tiết nhỏ của vật thể mà không bị mỏi nhiều được gọi là khoảng cách nhìn tốt nhất. Đối với một mắt khỏe mạnh, nó là 25 cm, giới hạn điều tiết gần là khoảng 12 cm, độ sâu trường ảnh được xác định bởi diện tích của đồng tử. Võng mạc bao gồm các tế bào hình que tạo ra hình ảnh đen trắng và tế bào hình nón tạo ra hình ảnh màu. Ảnh trên võng mạc là ảnh thật, bị thu nhỏ, nghịch đảo. Tầm nhìn ba chiều được cung cấp bởi hai mắt.

Nếu ảnh do mắt tạo ra nằm trước võng mạc thì mắt được gọi là cận thị. Để nhìn một vật, người cận thị đưa vật đó lại gần mắt và làm căng cơ mắt. Cận thị được khắc phục bằng cách đeo kính có thấu kính phân kỳ. Mắt viễn thị tạo ra một hình ảnh phía sau võng mạc. Viễn thị được khắc phục bằng cách đeo kính có thấu kính hội tụ. Cần lưu ý rằng cả cận thị và viễn thị đều sẽ tiến triển nếu bạn không sử dụng kính, bởi vì Khi làm việc, cơ mắt sẽ trở nên căng thẳng quá mức.

NHIỆT ĐỘ VÀ ĐO LƯỜNG.

Việc nghiên cứu các hiện tượng nhiệt tất yếu phải đưa ra giá trị đặc trưng cho mức độ nóng lên của vật thể - nhiệt độ. Khi các vật thể tiếp xúc với nhau, do sự tương tác của các phân tử, động năng trung bình của chúng được cân bằng. Nhiệt độ là thước đo động năng trung bình của các phân tử. Nó cho thấy hướng của các quá trình nhiệt, bởi vì năng lượng được truyền một cách tự phát từ vật thể nóng hơn sang vật thể ít nóng hơn, tức là. từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn. Nhiệt độ được đo bằng nhiệt kế. Đo nhiệt độ dựa trên việc thiết lập trạng thái cân bằng nhiệt giữa các vật thể tiếp xúc. Trong thực tế, nhiệt kế chất lỏng được sử dụng rộng rãi nhất sử dụng sự thay đổi thể tích của chất lỏng (thủy ngân hoặc rượu) khi đun nóng. Khi chất lỏng nở ra, nó dâng lên qua một ống thủy tinh, bên dưới có một cái cân. Các điểm tham chiếu (tức là các điểm làm cơ sở cho thang đo nhiệt độ) trong phạm vi quốc tế hệ thống thực hành nhiệt độ do C đề xuất là điểm nóng chảy của băng (O 0 C) và điểm sôi của nước (1OOS0oTC). Khoảng cách giữa các điểm này trên thang đo được chia thành 1OO các phần bằng nhau. Bởi vì Vì độ giãn nở của chất lỏng là khác nhau ở các phạm vi nhiệt độ khác nhau nên nhiệt kế chất lỏng đảm bảo đo chính xác chỉ nhiệt độ tham chiếu. Nhiệt kế khí sử dụng sự phụ thuộc của thể tích khí vào nhiệt độ ở áp suất không đổi hoặc sự phụ thuộc của áp suất khí vào nhiệt độ ở thể tích không đổi có độ chính xác cao hơn. Nhiệt kế cũng có thể sử dụng sự phụ thuộc điện trở chất dẫn điện và chất bán dẫn về nhiệt độ.

NĂNG LƯỢNG BÊN TRONG VÀ CÁCH THAY ĐỔI NÓ.

Mỗi cơ thể bao gồm một số lượng lớn các phân tử. Các phân tử của vật thể chuyển động không ngừng nên có động năng. Các phân tử của chất rắn và chất lỏng tương tác với nhau, nghĩa là chúng cũng có thế năng. TỔNG NĂNG LƯỢNG VÀ NĂNG LƯỢNG CỦA CÁC PHÂN TỬ THÀNH PHẦN CƠ THỂ ĐƯỢC GỌI LÀ NỘI NĂNG. [U]=J. Nội năng còn bao gồm năng lượng của các hạt cấu tạo nên nguyên tử.

Năng lượng bên trong của cơ thể có thể thay đổi trong các quá trình nhiệt khác nhau. Vì vậy, chẳng hạn, khi được làm nóng, tốc độ chuyển động của các phân tử tăng lên và do đó động năng của chúng tăng lên. Khi một vật được làm nóng, thể tích của nó tăng lên, khoảng cách giữa các phân tử thay đổi và do đó thế năng tương tác của chúng cũng thay đổi. Sự thay đổi năng lượng bên trong có thể được đánh giá bằng sự thay đổi nhiệt độ cơ thể. Khi nhiệt độ của cơ thể tăng lên, năng lượng bên trong của nó tăng lên.

Năng lượng bên trong có thể được thay đổi theo hai cách cơ bản khác nhau.

1. Nếu thực hiện công trên một vật thì vật đó nóng lên, tức là. năng lượng bên trong của anh ấy tăng lên. Nếu cơ thể tự tác động lên các vật thể bên ngoài thì năng lượng bên trong của nó sẽ giảm đi. A=DU.

2. Năng lượng bên trong cũng có thể được thay đổi bằng cách truyền nhiệt. TRUYỀN NHIỆT, HOẶC TRAO ĐỔI NHIỆT, LÀ QUÁ TRÌNH THAY ĐỔI BÊN TRONG NĂNG LƯỢNG MÀ KHÔNG LÀM VIỆC. Như vậy, một ấm đun nước đặt trên bếp nóng sẽ nhận năng lượng thông qua quá trình truyền nhiệt.

Có ba loại truyền nhiệt: độ dẫn nhiệt - truyền năng lượng bằng cách trao đổi năng lượng giữa các phân tử trong quá trình tương tác của chúng; đối lưu - truyền năng lượng bằng dòng chất lỏng hoặc khí nóng; bức xạ - truyền năng lượng qua sóng điện từ. Hơn nữa, kiểu truyền nhiệt thứ hai không yêu cầu sự tiếp xúc trực tiếp của các vật thể hoặc sự hiện diện của bất kỳ chất nào giữa chúng.

Số đo năng lượng nhiệt được truyền trong quá trình truyền nhiệt là LƯỢNG NHIỆT LÀ MỘT PHẦN NĂNG LƯỢNG BÊN TRONG MÀ CƠ THỂ NHẬN HOẶC BỎ RA TRONG KHI TRUYỀN NHIỆT. [Q]=J. Q=DU.

QUY TRÌNH NHIỆT.

Vì vậy, bằng cách thay đổi nhiệt độ của cơ thể, chúng ta thay đổi năng lượng bên trong của cơ thể. Khi vật nóng lên thì nội năng tăng lên, khi nguội đi thì nội năng giảm đi.

Hãy làm một thí nghiệm. Chúng tôi gắn một ống đồng có thành mỏng vào giá đỡ. Đổ một ít ether vào đó và đóng chặt bằng nút chai. Bây giờ chúng ta hãy quấn một sợi dây quanh ống và bắt đầu chà xát ống đó, nhanh chóng kéo nó vào sợi dây theo hướng này hay hướng khác. Sau một thời gian, nội năng của ống chứa ete sẽ tăng lên nhiều đến mức ête sẽ sôi và hơi nước sinh ra sẽ đẩy nút ra ngoài (Hình 60).

Kinh nghiệm này cho thấy rằng Nội năng của một vật có thể bị thay đổi bằng cách thực hiện công lên vật đó, đặc biệt là do ma sát.

Bằng cách thay đổi nội năng của một miếng gỗ thông qua ma sát, tổ tiên chúng ta đã tạo ra lửa. Nhiệt độ bắt lửa của gỗ là 250°C. Vì vậy, để tạo ra lửa, bạn cần chà xát miếng gỗ này với miếng gỗ khác cho đến khi nhiệt độ của chúng đạt đến giá trị này. Nó có dễ không? Khi các anh hùng trong tiểu thuyết “Đảo bí ẩn” của Jules Verne cố gắng tạo ra lửa theo cách này, họ đã không thành công.

"Nếu năng lượng mà Neb và Pencroff tiêu tốn có thể chuyển thành nhiệt, nó có thể đủ để làm nóng nồi hơi của một tàu hơi nước đi biển. Nhưng kết quả nỗ lực của họ là con số 0. Tuy nhiên, những mảnh gỗ đã nóng lên, nhưng ít hơn nhiều so với chính những người tham gia hoạt động này.

Sau một giờ làm việc, Pencroft ướt đẫm mồ hôi, bực tức ném những mảnh gỗ đi và nói:
- Đừng nói với tôi là người man rợ đốt lửa theo cách này nhé! Tôi thà tin rằng trời có tuyết vào mùa hè. Có lẽ sẽ dễ dàng hơn để thắp sáng lòng bàn tay của bạn bằng cách cọ xát chúng với nhau.”

Lý do thất bại của họ là vì lửa phải được tạo ra không chỉ bằng cách chà xát miếng gỗ này với miếng gỗ khác mà bằng cách dùng que nhọn khoan vào tấm ván (Hình 61). Sau đó, với một số kỹ năng, bạn có thể tăng nhiệt độ trong ổ cắm đũa lên 20 °C trong 1 giây. Và để đưa que củi cháy chỉ mất 250/20 = 12,5 giây!

Nhiều người ở thời đại chúng ta “tạo ra” lửa bằng ma sát - bằng cách cọ xát diêm vào Hộp diêm. Các trận đấu đã xuất hiện cách đây bao lâu? Việc sản xuất diêm (phốt pho) đầu tiên bắt đầu vào những năm 30. thế kỷ 19 Phốt pho bốc cháy ở nhiệt độ khá thấp - chỉ lên tới 60 ° C. Do đó, để thắp sáng que diêm phốt pho, chỉ cần đánh nó trên hầu hết mọi bề mặt (từ bức tường gần nhất đến đỉnh ủng) là đủ. Tuy nhiên, những que diêm này rất nguy hiểm: chúng có chất độc và do dễ cháy nên thường gây ra hỏa hoạn. Diêm an toàn (mà chúng ta vẫn sử dụng ngày nay) được phát minh vào năm 1855 ở Thụy Điển (do đó có tên là "diêm Thụy Điển"). Phốt pho trong các diêm này được thay thế bằng các chất dễ cháy khác.

Vì vậy, bằng ma sát, bạn có thể làm tăng nhiệt độ của một chất. Làm việc trên cơ thể(ví dụ, dùng búa đập vào một miếng chì, uốn cong và không uốn cong một sợi dây, di chuyển một vật này lên bề mặt của một vật khác hoặc nén khí chứa trong xi lanh bằng pít-tông), chúng ta tăng năng lượng bên trong của nó. Nếu cơ thể tự mình làm việc" (do nội năng) nên nội năng của cơ thể giảm đi và cơ thể nguội đi.

Chúng ta hãy quan sát điều này bằng thực nghiệm. Lấy một bình thủy tinh có thành dày và đậy chặt bằng nút cao su có lỗ. Qua lỗ này, sử dụng máy bơm, chúng ta sẽ bắt đầu bơm không khí vào tàu. Sau một thời gian, nút chai sẽ bay ra khỏi bình một cách ồn ào và sương mù sẽ xuất hiện trong chính bình (Hình 62). Sự xuất hiện của sương mù có nghĩa là không khí trong tàu trở nên lạnh hơn và do đó năng lượng bên trong của nó giảm đi. Điều này được giải thích là do khí nén trong bình khi đẩy phích cắm ra đã hoạt động bằng cách giảm năng lượng bên trong của nó. Do đó, nhiệt độ không khí giảm xuống.

Năng lượng bên trong của cơ thể có thể được thay đổi mà không cần thực hiện công việc. Ví dụ, nó có thể tăng lên bằng cách đun nóng ấm nước trên bếp hoặc hạ thìa vào ly trà nóng. Lò sưởi trong đó ngọn lửa được đốt lên, mái nhà được chiếu sáng bởi mặt trời, v.v., được làm nóng. Nhiệt độ của vật thể tăng lên trong tất cả các trường hợp này có nghĩa là nội năng của chúng tăng lên, nhưng sự tăng lên này xảy ra mà không sinh công. .

Sự thay đổi nội năng của một vật mà không thực hiện công gọi là trao đổi nhiệt. Trao đổi nhiệt xảy ra giữa các vật thể (hoặc các bộ phận của cùng một vật thể) có nhiệt độ khác nhau.

Ví dụ, làm thế nào sự truyền nhiệt xảy ra khi một chiếc thìa lạnh tiếp xúc với nước nóng? Đầu tiên, tốc độ trung bình và động năng của các phân tử nước nóng vượt quá tốc độ trung bình và động năng của các hạt kim loại tạo nên chiếc thìa. Nhưng ở những nơi thìa tiếp xúc với nước, các phân tử nước nóng bắt đầu truyền một phần động năng của chúng sang các hạt của thìa và chúng bắt đầu chuyển động nhanh hơn. Động năng của các phân tử nước giảm và động năng của các hạt thìa tăng. Cùng với năng lượng, nhiệt độ cũng thay đổi: nước nguội dần và chiếc thìa nóng lên. Nhiệt độ của chúng thay đổi cho đến khi nhiệt độ ở cả nước và thìa đều bằng nhau.

Một phần năng lượng bên trong được truyền từ vật này sang vật khác trong quá trình trao đổi nhiệt được ký hiệu bằng chữ cái và gọi là nhiệt lượng.
Q là lượng nhiệt.

Lượng nhiệt không nên nhầm lẫn với nhiệt độ. Nhiệt độ được đo bằng độ và lượng nhiệt (giống như bất kỳ năng lượng nào khác) được đo bằng joules.

Khi các vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau, vật nóng hơn sẽ tỏa ra một phần nhiệt và vật lạnh hơn sẽ nhận được nhiệt.

Vì vậy, có hai cách để thay đổi nội năng: 1) đang làm việc và 2) trao đổi nhiệt. Khi thực hiện phương pháp đầu tiên, năng lượng bên trong của cơ thể thay đổi theo lượng công thực hiện A và khi thực hiện phương pháp thứ hai - một lượng bằng lượng nhiệt truyền Q

Điều thú vị là cả hai phương pháp được xem xét đều có thể dẫn đến kết quả giống hệt nhau. Do đó, không thể xác định kết quả cuối cùng đã đạt được bằng phương pháp nào trong số những phương pháp này. Vì vậy, lấy một chiếc kim đan bằng thép đã được làm nóng ra khỏi bàn, chúng ta sẽ không thể biết nó được làm nóng như thế nào - do ma sát hoặc tiếp xúc với vật nóng. Về nguyên tắc, nó có thể là cái này hoặc cái khác.

1. Kể tên hai cách làm biến đổi nội năng của cơ thể. 2. Cho ví dụ về việc tăng nội năng của một vật bằng cách thực hiện công lên nó. 3. Cho ví dụ về sự tăng giảm nội năng của vật do trao đổi nhiệt. 4. Lượng nhiệt là bao nhiêu? Nó được chỉ định như thế nào? 5. Lượng nhiệt được đo bằng đơn vị nào? 6. Bạn có thể tạo ra lửa bằng những cách nào? 7. Việc sản xuất diêm bắt đầu từ khi nào?

Nhấn một đồng xu hoặc một mảnh giấy bạc lên một tấm bìa cứng hoặc một miếng gỗ. Đầu tiên thực hiện 10, rồi 20, v.v. chuyển động theo hướng này hay hướng khác, hãy chú ý điều gì xảy ra với nhiệt độ của các vật trong quá trình ma sát. Sự thay đổi nội năng của cơ thể phụ thuộc vào khối lượng công thực hiện như thế nào?

Gửi bởi độc giả từ các trang Internet

Ấn phẩm điện tử miễn phí, thư viện vật lý, bài học vật lý, chương trình vật lý, ghi chú bài học vật lý, sách giáo khoa vật lý, bài tập làm sẵn

Nội dung bài học ghi chú bài học hỗ trợ phương pháp tăng tốc trình bày bài học khung công nghệ tương tác Luyện tập nhiệm vụ và bài tập tự kiểm tra hội thảo, đào tạo, tình huống, nhiệm vụ bài tập về nhà thảo luận câu hỏi câu hỏi tu từ của học sinh Minh họa âm thanh, video clip và đa phương tiện hình ảnh, hình ảnh, đồ họa, bảng biểu, sơ đồ, hài hước, giai thoại, truyện cười, truyện tranh, ngụ ngôn, câu nói, ô chữ, trích dẫn Tiện ích bổ sung tóm tắt bài viết thủ thuật cho trẻ tò mò sách giáo khoa từ điển cơ bản và bổ sung các thuật ngữ khác Cải thiện sách giáo khoa và bài họcsửa lỗi trong sách giáo khoa cập nhật một đoạn trong sách giáo khoa, những yếu tố đổi mới trong bài, thay thế kiến ​​thức cũ bằng kiến ​​thức mới Chỉ dành cho giáo viên bài học hoàn hảo kế hoạch lịch trong năm hướng dẫn chương trình thảo luận Bài học tích hợp