Идеал газдың ішкі энергиясы. Физика, 10 сынып, презентация.

Физика. 10 сынып.

Оқу мақсаттары:

10.3.3.1- біратомды және екіатомды идеал газдың ішкі энергиясы формуласын есептер шығаруды қолдану

Ішкі энергия

Ішкі энергия U — жүйе микробөлшектерінің (молекулалар, атомдар, электрондар, ядролар және т.б.) ретсіз (жылулық) қозғалысының энергиясы мен осы бөлшектердің өзара әсерлесу энергиясы.

Әрбір күйде жүйе белгілі бір ішкі энергияға ие болады.

Жүйе бір күйден екінші күйге өткенде ішкі энергияның өзгерісі осы күйлердегі ішкі энергия мәндерінің айырымымен анықталады және өту жолына тәуелсіз.

Дененің ішкі энергиясы оның молекулаларының қозғалысының кинетикалық энергиясы мен олардың өзара әсерлесуінің потенциалдық энергиясының қосындысына тең.

Идеал газдың ішкі энергиясы тек ғана оның молекулаларының кинетикалық энергиясына тең, өйткені идеал газ молекулалары өзара әсерлеспейді деп есептейміз.

Нақты газдың берілген массаның ішкі энергиясы оның тек ғана температурасы емес, газдың көлеміне де тәуелді.

Әр түрлі көлемге молекулалар арасындағы әр түрлі арақашықтық, демек әр түрлі потенциалдық энергиялар сәйкес келеді

Ішкі энергияны өзгерту тәсілдері

Жүйенің ішкі энергиясы әр түрлі процесстер есебінен өзгеруі мүмкін, мысалы: жүйеге жылу беру немесе жүйеге жұмыс жасау арқылы.

а) жылу алмасу б) жұмыс жасау

Жылу алмасу дегеніміз бір термодинамикалық жүйеден екіншісіне, жүйеге жұмыс жасалмай, жылулық энергияның берілуі және бұл кезде жылулық энергия энергияның басқа түрлеріне айналмайды.

Жылу берілудің үш түрі

Жылуөткізгіштік- ыстық денеден салқын денеге тікелей жанасу кезінде жылудың берілуі

Конвекция- газдың (немесе сұйықтың) жылы және салқын қабаттарының өзара орын ауыстыру жолымен жылудың берілуі

Сәулелену- жылудың электромагниттік толқындар арқылы берілуі

Жылу мөлшері

Жылу алмасу процесінде бір денелер белгілі Q жылу мөлшерін береді, ал бір денелер – алады.

Жылу мөлшері – бұл дененің ішкі энергиясының өзгеруінің мөлшері (заттың тасымалдануына және жұмыс жасалуына тәуелсіз).

Жылу мөлшері – скаляр шама .

ХБЖ-де жылу мөлшері Джоульмен өлшенеді.

Жүйеден тыс өлшем бірліктер:

калория (кал) және килокалория

1 кал= 4,186 Дж және1 ккал = 4186 Дж .

Егер дененің бастапқы ішкі энергиясы U1, ал жылу берілгеннен кейін ол U2 болса, онда бұл денеге механикалық жұмыс жасалуынсыз берілген Q жылу мөлшері:

егер

Меншікті жылусыйымдылық

Массалары бірдей, бірақ әртүрлі заттардан жасалған денелердің температураларын бірдей шамаға өзгерту үшін әр түрлі жылу мөлшері қажет.

Мысалы, 1 кг суды 1 К-ге қыздыру үшін 4186 Дж жылу, ал 1 кг қорғасынды сол 1 К-ге қыздыру үшін 130 Дж жылу қажет .

Қыздыру кезінде әртүрлі денелердің жылуды жұты қабілеттілігі заттың меншікті жылусыйымдылығымен сипатталады.

Заттың меншікті жылусыйымдылығы с қыздыру кезінде алынған Q жылу мөлшерінің заттың m массасы мен оның

температура өзгерісінің қатынасына тең:

немесе

Кельвин шкаласы бойынша температура өзгерісі Цельсий шкаласы бойынша температура өзгерісіне тең болғандықтан былай да жазуға болады:

немесе

Меншікті жылусыйымдылықтың физикалық мағынасы: меншікті жылусыйымдылық, заттың бірлік массасын бір кельвинге қыздырғанда (салқындатқанда) жұтылатын (бөлінетін) жылу мөлшеріне тең.

Меншікті жылусыйымдылық – скаляр шама. Оның ХБЖ-ғы өлшем бірлігі -(Дж/кг*К).

Молярлық жылусыйымдылық

Молярлық жылусыйымдылық бұл қыздыру кезінде жұтылған немесе салқындау кезінде бөлінген Q жылу мөлшерінің зат мөлшері мен оның температура өзгерісінің қатынасына тең:

Молярлық жылусыйымдылықтың физикалық мағынасы: заттың молярлық жылусыйымдылығы заттың бір мольін бір кельвинге қыздырғанда (салқындатқанда) жұтылатын (бөлінетін) жылу мөлшеріне тең.

Молярлық жылусыйымдылық – скаляр шама.

Оның ХБЖ-ғы өлшем бірлігі –

(Дж/ (моль · К).

Молярлық және меншікті жылусыйымдылық арасындағы байланыс формуласы:

Жұмыс

Газ көлемінің изобаралық өзгеруі кезінде:

Газ көлемінің изотермиялық өзгеруі кезінде:

немесе

Изохоралық процессте:

Дөңгелек процессте (цикл): mnpqm тұйықталған қисықпен шектелген қисықсызықты фигураның ауданына тең

Еркіндік дәрежелер саны -

жүйенің кеңістіктегі кұйін толық анықтайтын тәулсіз шамалар саны.

Біратомды газ молекуласын үш ілгерілемелі еркіндік дәрежесі бар материалдық нүкте ретінде қарастырады.

Екіатомды газ молекуласы, деформацияланбайтын, өзара қатаң байланысқан екі материалдық нүктелер жиынтығы ретінде қарастырылады. Бұл жүйе бес еркіндік дәрежеге ие (i = 5): ілгерілемелі қозғалысының үш еркіндік дәрежесі мен айналмалы қозғалысының екі еркіндік дәрежесі.

Үшатомды және көпатомды сызықсыз молекулалар алты еркіндік дәрежелерге ие:(i = 6).

Молекулалардың еркіндік дәрежелерінің жалпы саны қанша болса да, оның үшеуі әрқашан ілгерілемелі болады және бұлардың ешқайсысының бір-бірінен артықшылығы жоқ, сондықтан әрқайсысына шамамен бірдей энергия сәйкес келеді:

Біратомды идеал газдың ішкі энергиясы

Идеал газдың әрбір атомы орташа кинетикалық энергияға ие:

Егер идел газ N молекулалардан тұратын болса, онда оның ішкі энергиясы, молекулалар санының орташа кинетикалық энергиясына көбейтіндісіне тең:

Молекулалар санын былай анықтауымызға болады:

Демек мұнда және

Нәтижесінде табамыз : немесе

Идеал газдың ішкі энергиясының өзгерісі оның температурасының өзгерісімен тікелей байланысты:

немесе

Сонымен, идел газдың ішкі энергясының өзгерісін, оның массасын өзгертпей, тек температурасын өзгерту арқылы анықтауға болады.

Идеал газдың ішкі энергиясы формуласының жалпы түрі:

мұндағы i -газ молекулаларының еркіндік дәрежелерінің саны; біратомды газ үшін i=3, екі атомды газ үшін i=5.

Сұрақтар:

1. Дененің ішкі энергиясының анықтамасын беріңіз. Дененің ішкі энергиясы оның қозғалысына және басқа денелерге қатысты орнына тәуелді ме?

2. Идеал газдың ішкі энергясы қандай макроскопиялық параметрге байланысты?

3. Еркіндік дәрежелер саны дегеніміз не?

4. Бірдей температурада қай газдың (сутегі немесе гелий) мольінің ішкі энергиясы үлкенірек?

5. Газ немесе сұйықтың ішкі энергиясын қалай өзгертуге болады?