Закон сохранения энергии в тепловых явлениях
6
Чему равно изменение внутренней энергии тел?
Внимательно рассмотрим тепловые явления, описанные в начале темы, и определим, чему равно изменение внутренней энергии соответствующих тел.
Обсудите:
• Как изменилась внутренняя энергия соответствующих тел, изображённых на рисунке? В связи с этим какие утверждения следует записать в пронумерованные пустые ячейки?
При соприкосновении двух тел с разной температурой между ними происходит процесс теплопередачи: горячее тело охлаждается и отдает часть своей внутренней энергии холодному телу, а холодное тело, получая эту энергию, немного нагревается. Теплообмен между телами продолжается до тех пор, пока их температуры не станут равными. Если система, состоящая из этих двух тел, является изолированной, если внешние тела не участвуют в теплопередаче (тепло не отдается внешним телам и не принимается от внешних тел), то полная внутренняя энергия системы не изменяется, а сохраняется:
U0 = Uкон и Uкон – U0 = 0 . (6.1)
Здесь U0 — начальная внутренняя энергия системы, Uкон — конечная внутренняя энергия системы. Это означает, что количество теплоты (Q2), отданное горячим телом (или телами) в изолированной системе, равно количеству тепла (Q1), полученному холодным телом (или телами) в системе:
Q1 = – Q2 или Q1 + Q2 = 0. (6.2)
Выражение (6.2) называется уравнением теплового баланса и вместе с выражением (6.1) выражает закон сохранения энергии:
Если в изолированных системах между телами происходит только процесс теплопередачи, внутренняя энергия этой системы сохраняется.
*Калориметр
происходит от
латинских слов calor
– “тепло” и metreo –
“измерять”.
В изолированных системах для определения количества теплоты, полученного или отданного телом, а также его удельной теплоемкости используется прибор, называемый калориметром.
Простой лабораторный калориметр состоит из алюминиевого стакана цилиндрической формы. Чтобы изолировать его от теплового воздействия, он помещается на пластиковую (или алюминиевую) подставку внутри более крупного пластикового стакана. Стаканы изолированы друг от друга воздушной прослойкой.
Пластиковый стакан снабжен крышкой с двумя отверстиями для термометра и мешалки (рис. 6.1).
Рис. 6.1. Лабораторный калориметр.