Особенности изучения содержания темы «Основы термодинамики»

Существуют различные формы энергии. Каждая форма присуща определённому типу движения материи, например, механическому движению соответствует механическая энергия, движению электрических зарядов – энергия электрического и магнитного полей и т.д. С тепловым движением связана внутренняя энергия.

Понятие «внутренняя энергия» возникло развилось в науке в 19 в. в связи установлением закона сохранения энергии и благодаря успехам, достигнутым в области молекулярно-кинетической теории. Этот термин не сразу получил правильную трактовку. Во второй половине 19 в. для обозначения внутренней энергии использовали термины: «механическая энергия тела в данном состоянии», «функция действия», «энергия тела» и др. В слове «теплота» очень долго объединялись три понятия: 1) получаемое или отдаваемое телом количество теплоты; 2) внутренняя энергия; 3) тепловое движение. Такое смешение методически не является правомерным, так как в этом случае первый закон термодинамики превращается в бессмыслицу. Именно введение понятия внутренней энергии позволило распространить закон сохранения энергии на тепловые процессы: при наличии диссипативных сил убыль механической энергии системы равна увеличению её внутренней энергии.

Под внутренней энергией тела в термодинамике понимают энергию, зависящую только от го внутреннего состояния и не связанную с движением относительно других тел. Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния тела, которое определяется рядом параметров (давление, объём, температура). Это означает, что в каждом состоянии (или система) обладает лишь одним значением внутренней энергии. Это положение можно доказать на примере следующего рассуждения: если бы одному и тому же состоянию соответствовали два значения внутренней энергии и , то можно было бы отнять от системы разность энергий (-), а состояние бы её не изменилось. Такая система могла бы служить источником энергии, не претерпевая никаких изменений, что противоречит первому закону термодинамики (закону сохранения энергии).

Следовательно, изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое не зависит от этого перехода, т.е. внутренняя энергия является функцией состояния системы, а не функцией процесса.

Термодинамическая трактовка понятия внутренней энергии не полностью раскрывает его смысл. Для более полного определения этого понятия необходимо рассмотреть его молекулярно-кинетическую трактовку.

В современной физике под внутренней энергией понимают сумму энергий хаотического движения и взаимодействия молекул и энергии движения и взаимосвязи частиц, составляющих молекулы (энергия колебательного движения частиц, энергия электронных оболочек атомов, внутриядерная энергия и т.д.). Поскольку в термодинамике изучают тепловые процесс, происходящие при не слишком высоких температурах, изменение внутренней энергии происходит лишь за счёт изменения двух первых её составляющих. Поэтому при рассмотрении тепловых явлений под внутренней энергией можно понимать сумму кинетической энергии хаотического движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия:

.

Как правило, нас интересует не само значение внутренней энергии, а её изменение, поэтому начало отсчёта внутренней энергии выбирают произвольно.

Смотрите также::

Принцип гюйгенса
Эта тема наиболее обширно и понятно раскрыта в учебнике Касьянова. В нем не только представлен рисунок, но и приведено описание всех его элементов. В то время, как в учебнике Мякишева дан рисунок, который не в полной мере отражает данный принцип, что значительно усложняет понимание его учащимися, к ...

Дидактические принципы математики
Общие положения Дидактические принципы – исходные положения теории обучения, выражающие основные закономерности процесса обучения. Они определяются целями обучения и воспитания, потребностями общественного развития, особенностями учебной деятельности учащихся различных возрастов. Дидактические прин ...

Возрастные особенности речи детей 4-ого года жизни
К трем годам при нормальном развитии ребенок осваивает все основные грамматические категории языка разговорной речи. Он изменяет слова, используя морфологические средства, говорит короткими грамматически оформленными предло­же­ниями. Сказанное не означает, что к трем годам завершается формирование ...