§12. Внутрішня енергія та способи її зміни - відповіді

• Назад до змісту

Контрольні запитання

1. Чому частинки речовини мають потенціальну енергію? Чи завжди вони мають кінетичну енергію?

Частинки речовини мають потенціальну енергію, оскільки вони взаємодіють одна з одною — притягуються та відштовхуються. Кінетичну енергію частинки речовини мають завжди, бо вони перебувають у безперервному тепловому русі.

2. Що називають внутрішньою енергією тіла?

Внутрішньою енергією тіла називають суму кінетичної енергії теплового руху частинок, з яких складається тіло, та потенціальної енергії їхньої взаємодії.

3. Від чого залежить внутрішня енергія тіла?

Внутрішня енергія тіла залежить від його температури та агрегатного стану речовини. Зі збільшенням температури вона зростає, а зі зменшенням — спадає. Також вона змінюється при переході речовини з одного агрегатного стану в інший, наприклад, під час плавлення або кристалізації.

4. Чи може тіло мати внутрішню енергію, але не мати при цьому механічної енергії?

Так, тіло може мати внутрішню енергію, не маючи механічної. Наприклад, книга, що лежить на столі, не має механічної енергії (її швидкість і висота відносно столу дорівнюють нулю), але її частинки рухаються і взаємодіють, тому вона має внутрішню енергію.

5. У які способи можна змінити внутрішню енергію тіла?

Внутрішню енергію тіла можна змінити двома способами: виконанням роботи або теплопередачею.

6. Що називають теплопередачею? Наведіть приклади теплопередачі.

Теплопередача (або теплообмін) — це процес зміни внутрішньої енергії тіла без виконання роботи. Прикладами є нагрівання холодної ложки в гарячому чаї або охолодження гарячої праски, коли її вимикають з розетки.

7. Що таке кількість теплоти? Назвіть одиницю кількості теплоти.

Кількість теплоти — це фізична величина, яка дорівнює енергії, що тіло отримує або віддає під час теплопередачі. Одиницею вимірювання кількості теплоти в системі СІ є джоуль (Дж).

8. Наведіть приклади зміни внутрішньої енергії тіла внаслідок виконання роботи.

Прикладом зміни внутрішньої енергії через виконання роботи є нагрівання шин автомобіля під час гальмування, збільшення температури долонь, коли їх інтенсивно труть одна об одну, або нагрівання інструменту та деталі під час їх обробки.

9. Як змінюється внутрішня енергія тіла у випадку, коли воно виконує роботу? у випадку, коли над тілом виконують роботу? Вважайте, що теплообмін із навколишніми тілами відсутній.

Якщо над тілом виконують роботу, його внутрішня енергія збільшується. Якщо ж тіло саме виконує роботу, його внутрішня енергія зменшується.

Вправа 12

1. У якій склянці (рис. 1) внутрішня енергія чаю є більшою?

Внутрішня енергія чаю більша у склянці з гарячим чаєм (ліворуч), оскільки його температура вища.

2. Наведіть два способи запалювання сірника, що відповідають двом способам зміни внутрішньої енергії тіла.

Перший спосіб – виконати роботу, потерши сірник об коробку. Внаслідок тертя внутрішня енергія головки сірника збільшиться, і він спалахне. Другий спосіб – теплопередача, тобто піднести сірник до полум’я свічки або іншого гарячого тіла. Сірник нагріється і займеться.

3. Установіть відповідність між зображеним об’єктом (1–3) і зміною внутрішньої енергії, яка відбувається із цим об’єктом (А–Г).

• 1 – А. Внутрішня енергія гарячого напою зменшується внаслідок теплопередачі, оскільки він віддає тепло в навколишнє середовище і охолоджується.
• 2 – В. Внутрішня енергія радіатора опалення збільшується внаслідок теплопередачі від гарячої води, що циркулює всередині нього.
• 3 – Б. Внутрішня енергія свердла збільшується внаслідок виконання роботи проти сил тертя під час свердління, що призводить до його нагрівання.

4. М’яч кинули вгору. Як під час руху м’яча змінюється його внутрішня енергія? механічна енергія? Опором повітря знехтуйте.

Оскільки опором повітря можна знехтувати і тертя відсутнє, температура м’яча не змінюється, тому його внутрішня енергія залишається незмінною. Механічна енергія, яка є сумою кінетичної та потенціальної енергій, також не змінюється — вона зберігається. Під час польоту вгору кінетична енергія (зменшується) перетворюється на потенціальну (збільшується), а при падінні — навпаки.

5. Як змінюються внутрішня й механічна енергії наплічника (рис. 2) за незмінної температури?

Внутрішня енергія наплічника не змінюється, оскільки його температура залишається незмінною.

Механічна енергія змінюється:

а) На підлозі: механічна менша (менша потенціальна енергія).

б) На стільці: механічна тільки потенціальна відносно підлоги — більша, ніж на підлозі.

в) На спині піднято: механічна найбільша серед трьох (найвище розташування).

6. На рис. 3 зображено вуличний термометр. Температура в будівлі 25°С. Куди буде спрямований потік тепла: а) з будівлі на вулицю; б) з вулиці в будівлю? За яких умов потік тепла дорівнюватиме нулю?

б) з вулиці в будівлю

Термометр показує температуру на вулиці +35°C, а в будівлі вона становить +25°C. Тепло завжди передається від більш нагрітого тіла до менш нагрітого. Тому потік тепла буде спрямований з вулиці в будівлю. Потік тепла дорівнюватиме нулю тоді, коли температура на вулиці та в будівлі стане однаковою.

7. Чому каскадери, які десантуються з гелікоптерів по канатах, надягають рукавички?

Каскадери надягають рукавички, щоб захистити руки від опіків. Під час спуску по канату виникає велика сила тертя між долонями та канатом. Через тертя виконується робота, яка перетворюється на тепло, і канат з руками сильно нагріваються.

8. Наведіть приклади зміни внутрішньої енергії тіла, коли водночас виконується робота та відбувається теплопередача. Чи може в таких випадках внутрішня енергія залишитися незмінною?

Прикладом може бути накачування шини насосом. Коли ми качаємо, ми виконуємо роботу, стискаючи повітря, що збільшує його внутрішню енергію і температуру. Одночасно насос віддає тепло в навколишнє середовище. Інший приклад — розтирання долонь на морозі. Ми виконуємо роботу проти сили тертя, і долоні нагріваються, але водночас вони віддають тепло холодному повітрю.

Так, внутрішня енергія може залишитися незмінною. Це станеться, якщо кількість теплоти, яку тіло отримує, дорівнюватиме роботі, яку воно виконує, або якщо робота, виконана над тілом, дорівнюватиме кількості теплоти, яку тіло віддало.