 |
Ответы. 2). Изучение новой темы
|
|
|
|
Ответы
Опыт №1 При изучении механики мы с вами говорили о том, что полная механическая энергия замкнутой системы тел остаётся неизменной лишь в том случае, если между телами действуют только консервативные силы. Однако, если в такой системе будут действовать ещё и диссипативные силы (например, силы трения), то её механическая энергия не сохраняется. Но уменьшение механической энергии не означает, что она бесследно исчезла. Она лишь переходит из механической формы в другие и, в частности, во внутреннюю энергию. Чтобы в этом убедиться возьмите бутылку с водой и с помощью термометра измерьте её начальную температуру. Затем потрясите бутылку в течение нескольких минут и вновь измерьте температуру воды.
2). Изучение новой темы
Как не удивительно, но она нагреется примерно на один — два градуса. Примерно то же самое происходит в морях и океанах во время сильных штормов.
В начале 30-х годов XIX в. на это явление обратил внимание немецкий учёный, врач по образованию Роберт Майер, который услышал о ней от своего моряка. История моряка наряду с некоторыми наблюдениями самого учёного, побудили его взяться за определение отношения количеств работы и теплоты. В начале 40-х годов Майеру удалось рассмотреть с качественной стороны превращения всех форм энергии, которые были известны в то время, и впервые сформулировать закон превращения и сохранения энергии в общей форме.
Известный английский физик Джеймс Прескотт Джоуль, ничего не знавший о работах Майера, в 1841 году после серии опытов, показал, что совершённая при перемешивании воды механическая работа практически равна увеличению её внутренней энергии.
Опираясь на работы Джоуля и Майера, а также других известных на то время научных данных, немецкий физик Герман Гельмгольц в 1847 году сформулировал закон превращения и сохранения энергии как всеобщий закон природы. В современной формулировке он звучит так: при любых взаимодействиях материальных объектов энергия не исчезает и не возникает из ничего, она только передаётся от одних объектов к другим или превращается из одной формы в другую.
|
|
|
Для термодинамических систем (напомним, что в термодинамике обычно рассматривают макроскопические неподвижные системы) закон сохранения и превращения энергии называют первым законом или первым началом термодинамики. Согласно ему, изменение внутренней энергии термодинамической системы при переходе из одного состояния в другое равно работе, совершённой внешними силами, и количеству теплоты, переданному термодинамической системе в процессе теплообмена:
Для изолированной системы (то есть системы, которая не обменивается с внешней средой ни энергией, ни веществом ) работа внешних сил равна нулю, как равно нулю и количество теплоты. В этом случае изменение внутренней энергии изолированной системы остаётся неизменной:
Если в такой системе имеются тела с различной температурой, то между ними будет происходить теплообмен: тела, у которых температура выше, будут отдавать энергию и охлаждаться, а тела с меньшей температурой будут получать энергию и нагреваться. Это будет происходить до тех пор, пока температуры всех тел не станут одинаковыми. Но суммарное изменение внутренней энергии тел системы всё равно будет равно нулю:
или же равно нулю суммарное количество теплоты, полученное при теплообмене между телами такой системы:
Таким образом, знакомое нам уравнение теплового баланса является математической записью первого начала термодинамики для теплоизолированной системы.
|
|
|
Поскольку работа внешних сил равна работе, совершаемой термодинамической системой, взятой с противоположным знаком (Aвн = –A), то первый закон термодинамики можно сформулировать и так: количество теплоты, сообщённое термодинамической системе, идёт на изменение её внутренней энергии и на совершение работы системой против внешних сил:
Из первого закона термодинамики следует невозможность создания вечного двигателя первого рода, то есть устройства, способного бесконечно совершать работу без теплопередачи от внешних тел.
И действительно, если к системе не подводится теплота, то работа может быть совершена только за счёт убыли внутренней энергии. Когда запас энергии окажется исчерпанным, двигатель перестанет работать.
Опыт №2. Потрите ладони друг об друга. Что вы чувствуете? Почему ладони греются? (учащиеся объясняют, что внутренняя энергия изменяется за счёт совершения работы).
|
|
|
