Внутренняя энергия

Когда говорят о кинетической энергии тела или потенциальной, то не рассматривают внутреннее строение тела. Движущееся тело обладает кинетической энергией. Так, например, кинетической энергией обладает летящая птица, движущиеся самолет, мяч, текущая вода и т. д. Кинетическая энергия тела зависит от его массы и от скорости движения тела. Потенциальная энергия определяется взаимным положением взаимодействующих тел или его отдельных частей. Например, потенциальной энергией обладают поднятый над землей мяч, сжатая или растянутая пружина и т. д.

Кинетическая и потенциальная энергия – это два вида механической энергии, которые могут превращаться друг в друга. Виды механической энергии изобразим в виде схемы.

Два типа энергии могут переходить друг в друга, например, при падении шара с определенной высоты. Рассмотрим свободное падение шарика. Очевидно, что при падении его высота над поверхностью земли уменьшается, а скорость увеличивается, это означает, что уменьшается его потенциальная энергия, а кинетическая увеличивается. Следует понимать, что эти два процесса взаимосвязаны, и говорят, что потенциальная энергия переходит в кинетическую.

При изучении тепловых явлений необходимо учитывать, что все тела состоят из мельчайших частиц, которые непрерывно движутся (свидетельствует о наличии кинетической энергии), взаимодействуют между собой (приводит к возникновению потенциальной энергии). В зависимости от внешних условий характер тепловых процессов изменяется. Поэтому анализ тепловых явлений требует иного подхода. Вернемся к объяснению свободного падения шара на поверхность, к примеру, на плиту. В момент удара шара о плиту он отскакивает от поверхности на определенную высоту. При этом шар каждый раз отскакивает на все меньшую высоту, следовательно, при ударе о плиту шар теряет часть своей энергии. На что тратится энергия в данном случае? Она переходит во внутреннюю энергию плиты, как следствие, поверхности нагреваются, и частицы внутри тел начинают двигаться быстрее. Таким образом, любое тело и при любых условиях обладает запасам внутренней энергии.

Внутренняя энергия - скалярная физическая величина, равная сумме кинетической энергии движения всех частиц тела и потенциальной энергии взаимодействия частиц между собой. Буквенное обозначение: U. Единца измерения в системе СИ: [U]=Дж (Джоуль). Формула: U = N (E0кин+E0п), где N – число частиц в веществе, E0кин – кинетическая энергия одной частицы, измеряется в Дж, E0п – потенциальная энергия одной частицы, измеряется в Дж.

Как и любая физическая величина, внутренняя энергия изменяется в зависимости от параметров тела. На ее изменение влияют несколько факторов. Если несколько раз сгибать железную проволоку, то происходит ее нагревание, точно такая же ситуация возникает с двумя брусками при их трении, когда у нас на улице замерзают лицо или руки, то мы трем их. При трении предметы нагреваются, так частицы вещества начинают беспорядочно двигаться и взаимодействовать друг с другом. Поэтому возникает необходимость познакомиться с характеристиками, от которых зависит внутренняя энергия тела:

1)От массы (m) тела, чем больше масса тела, тем больше в нем частиц.

2)От температуры тела, так как с изменением температуры изменяется средняя скорость частиц, следовательно, изменяется средняя кинетическая энергия частиц.

3)От объема (V) тела, так как при его изменении меняется расстояние между частицами, следовательно, изменяется потенциальная энергия частиц.

4)От агрегатного состояния вещества (от плотности вещества).

К тому же внутренняя энергия не зависит ни от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел.

Примеры изменения внутренней энергии – это практически все происходящие в мире процессы. Стул прогибается под нашей тяжестью, в помещении изменяется температура от каждого движения воздуха, подогревание воды и приготовление пищи. Если сравнивать внутреннюю энергию с другими видами энергий, то она как понятие существует отдельно и имеет особое свойство: любое тело при любых условиях всегда имеет некий запас внутренней энергии.