§ 12. Внутрішня енергія. Способи зміни внутрішньої енергії

Фізика 8 клас | Бар'яхтар, 2025 | Розділ 2

Що таке внутрішня енергія?

Внутрішня енергія (U)

Сума кінетичної енергії теплового руху всіх молекул тіла та потенціальної енергії їх взаємодії

Від чого залежить

Від температури та агрегатного стану речовини — але НЕ від положення або руху тіла як цілого

Важливо!

Будь-яке тіло завжди має внутрішню енергію — навіть у стані спокою

Від чого залежить внутрішня енергія?

Температура ↑

Молекули рухаються швидше → кінетична енергія більша → U більша

Маса тіла ↑

Більше молекул у тілі → сумарна внутрішня енергія більша

Агрегатний стан

Вода і лід при 0 °С мають різну U через різне розташування молекул

Механічна енергія

Висота та швидкість тіла як цілого на внутрішню енергію не впливають

Два способи зміни внутрішньої енергії

1. Виконання роботи

Механічна дія на тіло: тертя, стиснення, удар — механічна енергія перетворюється на внутрішню

2. Теплообмін

Передача енергії між тілами без виконання механічної роботи — через контакт або випромінювання

Спосіб 1: Виконання роботи

1

Тертя

Пиляння, свердління, гальмування автомобіля — механічна енергія переходить у внутрішню

2

Стиснення

Накачування велосипедного насоса — повітря стискається і нагрівається

3

Розширення

Газ розширюється → виконує роботу → охолоджується (повітря на висоті 10 км: −50 °С)

4

Удар

Молоток нагрівається при забиванні цвяхів

Спосіб 2: Теплообмін

Нагрівання

Чайник на плиті: тепло передається від нагрівача до води без механічної роботи

Охолодження

Гарячий чай охолоджується — передає внутрішню енергію навколишньому повітрю

Випромінювання

Молоток нагрівається під сонячними променями без жодного контакту

Три види теплообміну: теплопровідність, конвекція, випромінювання — детально у §§ 13–15

Порівняння двох способів

Приклад: шматок свинцю

Свинець можна нагріти чотирма способами:

  • Ударами молотка → робота
  • У полум'ї пальника → теплообмін
  • Згинанням і розгинанням → робота
  • У гарячій воді → теплообмін

Підсумок: ключові поняття

Внутрішня енергія U

Eк молекул + Еп взаємодії молекул

Спосіб 1

Виконання роботи: тертя, стиснення, удар

Спосіб 2

Теплообмін: від теплішого тіла до холоднішого

Важливо!

U ≠ механічна енергія тіла. Температура — головний показник зміни U

Контрольні запитання

1

Що таке внутрішня енергія тіла? Від чого вона залежить?

2

Чи змінюється внутрішня енергія чашки, якщо її переставити зі стола на полицю?

3

Назвіть два способи зміни внутрішньої енергії. Наведіть приклади кожного.

4

Чи однакова внутрішня енергія води і льоду при 0 °С?

5

Чому нагрівається повітря в насосі при накачуванні шини?

6

Чому покришки автомобіля нагріваються під час тривалої їзди?

Задачі для розв'язання

Задача 1 (рівень 1)

Молоток нагрівається, коли ним забивають цвяхи, і під дією сонячних променів. Назвіть способи зміни внутрішньої енергії молотка в обох випадках.

Задача 2 (рівень 1)

Як змінюватиметься внутрішня енергія повітря у балоні в разі його відкачування?

Задача 3 (рівень 2)

Шматок свинцю нагрівають: ударами молотка, у полум'ї, згинанням, у гарячій воді. Чи в усіх випадках відбувається теплообмін? Чи змінюється внутрішня енергія?

Задача 4 (рівень 2)

Що є причиною сильного нагрівання і згоряння штучних супутників Землі під час входження їх у нижні щільні шари атмосфери?

Задача 5 (рівень 3)

Чи може тіло мати внутрішню енергію, але не мати механічної? Чи може тіло мати механічну енергію, але не мати внутрішньої?