Vnitřní energie tělesa a její změna, teplo

Víme: 

každá látka (těleso) se skládá z částic, které se neustále a neuspořádaně pohybují.


Každá molekulová soustava (těleso) potom má určitou vnitřní energii, která souvisí s jeho vnitřní částicovou strukturou. Je to stavová fyzikální veličina.

Značka vnitřní energie: U

Jednotka: J (joule)

Do vnitřní energie zahrnujeme různé druhy energie související s částicovou strukturou látky. Proto sem patří například
      • celková kinetická energie všech neuspořádaně se pohybujících molekul
      • celková potenciální energie molekul
      • potenciální a kinetická energie atomů kmitajících uvnitř molekuly
      • energie elektronového obalu
      • jaderná energie
      • ...


Vnitřní energii můžeme změnit například

KONÁNÍM PRÁCE
(například třením dvou těles po sobě, aj.)
TEPELNOU VÝMĚNOU
(například ohříváním, ochlazením, aj.)
     
 Zdroj: http://www.mvp.cufo.cz/materialy/7b4.jpg
Zdroj: http://www.mvp.cufo.cz/materialy/7b1.jpg
     
Zdroj: http://www.mvp.cufo.cz/materialy/7a3.jpg
Zdroj: http://www.mvp.cufo.cz/materialy/7a1.jpg
Vysvětlení Vysvětlení
částice na styčných plochách se více rozkmitají a předají část své energie dalším částicím

zvyšuje se teplota obou těles

zvyšuje se jejich U
TEPELNÁ VÝMĚNA
 = děj, při kterém neuspořádaně se pohybující částice teplejšího tělesa narážejí na částice studenějšího tělesa a předávají jim část své energie
(v případě, že se tělesa nedotýkají, přenos energie z tělesa teplejšího na studenější se děje prostřednictvím tepelného záření)
pohyb tělesa rychlostí v po vodorovné podložce

působením třecí síly Ft se těleso zastaví

W = Ft . s
W = Δ Ek

úbytek Ek = přírůstek U
TEPLO (Q)
je určeno energií, kterou při tepelné výměně předá teplejší těleso studenějšímu
vlastnosti:
  • značka: Q
  • jednotka: 1J (joule)
  • je to dějová fyzikální veličina
  • definiční vztah: Q = c . m . Δ t
c = konstanta (měrná tepelná kapacita tělesa)

Teplo, které přijme chemicky stejnorodé těleso, je přímo úměrné hmotnosti tohoto tělesa a změně teploty.
Zobecnění ZÁKONA ZACHOVÁNÍ ENERGIE

Při dějích probíhajících v izolované soustavě těles zůstává součet kinetické, potenciální a vnitřní energie konstantní. 

E = EK + EP + U = konst.
Vlastnosti měrné tepelné kapacity tělesa (c):
  • charakteristická pro danou látku
  • pro daný teplotní interval je konstantní
  • jednotka: [c] = J . kg-1 . K-1 
  • c(H20) = 4 180 J.kg-1.K-1 - jedna z největších c, proto se využívá vody jako chladící kapaliny
ve fyzice zavádíme i tzv. TEPELNOU KAPACITU TĚLESA (C)

C = Q / ΔT

jednotka: J . K-1

vztah mezi c a C: C = c . m

ÚLOHY:

1) Kovová kulička o hmotnosti 0,1 kg spadne volným pádem z výšky 20 m do písku. O jakou hodnotu vzroste vnitřní energie kuličky a písku?
(20 J)
2) Dřevěná kostka o hmotnosti 5 kg je vržena rychlostí 10 m × s–1 po drsné vodorovné podložce a vlivem tření se zastaví. O jakou hodnotu vzroste vnitřní energie kostky a podložky?
(250 J)
3) Míč o hmotnosti 400 g spadl volným pádem z výšky 10 m na vodorovnou podlahu a odrazil se do výšky 6 m. O jakou hodnotu vzrostla při nárazu míče na podlahu vnitřní energie míče a podlahy?
(16 J)
4) Tenisový míček o hmotnosti 58 g narazil vodorovným směrem na svislou stěnu rychlostí 90 km × h–1 a odrazil se rychlostí 60 km × h–1. O jakou hodnotu vzrostla při nárazu vnitřní energie míčku a stěny?
(10 J)
5) Letící brok - Sbírka řešených úloh MFF UK

6) Tření na nakloněné rovině - Sbírka řešených úloh MFF UK

7) Ohřívání hřebíku při zatloukání - Sbírka řešených úloh MFF UK