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::

Общее и особенное в генезисе воспитания и школы
Начало истории школы и воспитания как особых сфер общественной деятельности восходит к эпохе цивилизаций Древнего Востока, зарождение которых относится к 5 тысячелетию до н. э. Уже в эпоху позднего неолита в различных регионах мира стали появляться первые симптомы разложения первобытной формации. Э ...

Обзор школьных учебников по математике для 5-6 классов с точки зрения наличия элементов математического моделирования
В учебнике по математике для 5 класса Дорофеева Г. В., Петерсон Л. Г. уже во втором параграфе предлагается для изучения тема «Математические модели», поэтому далее весь материал опирается на понятия «математическая модель» и «моделирование». Авторы не дают определение модели, а на примере двух зада ...

Средневековый университет. Происхождение
Первоначально слово «университет» не имело ничего общего со школой. Им называли любое сообщество людей, связанных взаимной присягой. Этот корпоративный вид объединения людей отличали горизонтальные связи – вместо тех, которые основывались на вертикальных отношениях господства и подчинения. «Универс ...