ݺߣ

ݺߣShare a Scribd company logo

Тепловые явления. Температура и внутренняя энергия (Виктор Сиволгин)

•
•
Victor Sivolgin
Victor Sivolgin

Презентация рассказывает о причинах тепловых явлениях, понятиях температуры, теплоты и теплоёмкости. а также видах теплопередачи. Больше презентаций по-физике: http://vk.com/victor.sivolgin Карта курса в 3D: http://prezi.com/mygpwpikh2m-/present/?auth_key=jbgxrfq&follow=p6pmuw9mvgui&kw=present-mygpwpikh2m-&rc=ref-78612665

1 of 13
Температура Тепловое расширение Внутренняя энергия Теплоемкость Виды теплопередачи Тепловые явления Блок 1. Температура и внутренняя энергия Москва, 2014 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru нажмите на название раздела для перехода откройте на полный экран (нажмите CTRL + L)
t2 хол 16.04.2014 2 Тепловые явления - явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел, а также с изменением их агрегатного состояния (плавление, испарение). Тепловые явления Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи Тает лед, кипит вода, горят и согревают воду дрова в костре, батарея нагревают воздух в комнате – всё это тепловые явления. Тепловые явления всегда связаны с передачей и преобразованием теплоты. t1 гор Одна из причин тепловых явлений: Принцип теплового равновесия: тепло от горячего тела перетекает к холодному, в течении некоторого времени устанавливается тепловое равновесие (вода нагревает лед, теплый воздух нагревает холодный, и т.д.). t3t3 через некоторое время Слайд из 12 В чём причина тепловых явлений Q
16.04.2014 3 Все тела состоят из молекул и атомов (их также называют частицы вещества). В газах и жидкостях частицы вещества хаотично движутся, в твердых телах – колеблются около положений равновесия. Чем активней движутся частицы вещества, тем выше температура. Температура – показатель того, как интенсивно движутся частицы вещества, насколько они «активны» → тесно связана с понятием теплового движения частиц вещества. Температура Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Тёплое тело (с более «активными» частицами) стремится передать тепло холодному телу (менее «активному»). Горячее тело передаёт энергию холодному. Газ / жидкость Твердое тело Почему существует температура и что она означает Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи
0 °С – замерзание воды 100 °С – кипение воды Промежуток между замерзанием и кипением воды разделили на 100 частей → шкала Цельция 16.04.2014 4 Температура повышается → частицы вещества движутся интенсивней → частицы вещества сильней отталкиваются друг от друга, «распирают» тело → объем тела (жидкости, газа) увеличивается. Происходит тепловое расширение. Наблюдая, как зависит объем жидкости (либо газа) от температуры, мы можем измерить температуру. Используют жидкостные (расширяется жидкость), газовые (расширяется газ) термометры. [подробнее: http://ru.wikipedia.org/wiki/Термометр ] Температуру измеряют, используя три основные шкалы. Температура Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Измерение температуры 0 °F - точка замерзания смеси воды, льда и нашатыря. Температура человеческого тела - 96 °F. t – температура по Цельсию При нуле по Кельвину прекращается тепловое движение атомов. «Абсолютный ноль» t – температура по Цельсию Шкала Цельсия (°C) Шкала Фаренгейта (°F)Шкала Кельвина (K) 𝒕𝒕 = 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎 … … 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 °𝑪𝑪 0 𝐾𝐾 = −273,15 °𝐶𝐶 𝑻𝑻 = 𝒕𝒕 + 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 𝑭𝑭 = 𝟗𝟗 𝟓𝟓 𝒕𝒕 + 𝟑𝟑𝟑𝟑 Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи
16.04.2014 5 Тепловое расширение Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Коэффициент теплового расширения Начальная температура 0°C: Повышенная температура 𝑡𝑡: При нагревании движение частиц вещества (атомов, молекул) активизируется, частицы вещества «распирают» тело и тела расширяются . Это относится к газам, жидкостям, твердым телам. L L0 L 𝐿𝐿 = 𝐿𝐿0(1 + 𝛼𝛼𝑡𝑡) L0 – начальная длина тела при 0°C [м] L – длина нагретого тела [м] 𝛼𝛼 – коэффициент теплового расширения [1/ °C] 𝑡𝑡 - температура тела [°C] Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи
16.04.2014 6 Частицы вещества (атомы, молекулы) непрерывно хаотически движутся и взаимодействуют между собой (притягиваются, отталкиваются друг от друга). Внутренняя энергия (U) – энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело Внутренняя энергия зависит от температуры. Интенсивность движения частиц зависит от температуры, следовательно, при увеличении температуры внутренняя энергия увеличивается. Внутренняя энергия измеряется в джоулях (Дж). [ Подробнее о единице измерения Джоуль ] Внутренняя энергия Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Энергия движения и взаимодействия частиц вещества Как увеличить внутреннюю энергию и нагреть тело? А) Совершить работу над телом (к примеру, потереть, ударить, уронить с высоты и т.д.) Б) Передать тепло без совершения работы – теплопередача (теплообмен). Подробнее про виды теплопередачи см. слайды 8-11. U ∽ 𝑡𝑡 Внутренняя энергия зависит от температуры Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи
Джоуль (Дж) – это единица измерения энергии. Тепловая энергия (количество теплоты, или просто теплота) также измеряется в джоулях. Сколько джоулей нужно, чтобы нагреть тело, зависит от удельной теплоемкости тела, массы и изменения температуры тела. 16.04.2014 7 Теплоемкость Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Сколько теплоты «вмещает» тело? количество теплоты (Дж) = удельная теплоёмкость (с) x масса тела (𝑚𝑚) x изменение температуры (Δ𝑡𝑡) Q = c ∙ m ∙ Δt [Дж] удельная теплоёмкость = [количество теплоты ] нагреть 1 кг ∙ [на 1 градус] 𝒄𝒄 = 𝑸𝑸 𝒎𝒎 𝜟𝜟𝒕𝒕 𝑐𝑐воды = 4200 Дж кг ∙ °С Например: Удельная теплоёмкость (с) – это количество теплоты, необходимое для нагревания тела массой 1 кг на 1 градус. Теплоёмкость (С) – количество теплоты, необходимое для нагревания тела на 1 градус Цельсия. 𝑪𝑪 = 𝑸𝑸 𝜟𝜟𝒕𝒕 теплоёмкость = количество теплоты нагреть тело на 1 градус 𝑪𝑪 = 𝒄𝒄𝒄𝒄то есть: Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи
16.04.2014 8 Как можно изменить внутреннюю энергию и нагреть тело? либо Виды теплопередачи Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Три вида теплопередачи Изменение внутренней энергии теплопередача Совершение механической работы конвекциятеплопроводность излучение О каждом из трёх видов теплопередачи далее → слайды 9-11 Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи совершить работу над телом: потереть, ударить, сжать передать тепло, используя один из трёх способов теплопередачи t1 гор t2 хол холодный горячий t1 гор t2 хол ∽∽∽∽
16.04.2014 9 Когда горячее и холодное тела непосредственно соприкасаются, то тепло передаётся от горячего тела к холодному (случай А). Тепло также может передаваться через промежуточное вещество, например, вода в батарее передает тепло воздуху через металл батареи (случай Б). Теплопроводность – передача тепла от более нагретых частей тела к менее нагретым в результате передачи энергии от частиц, обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией. Виды теплопередачи Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Теплопроводность t2 хол t1 гор t2 хол t1 гор Б) А)Примеры: • рукоятка ложки нагревается от горячего чая • тепло в доме «уходит» через стены на улицу • теплоотводящие трубки отводят тепло от процессора в ноутбуке [ вот как это устроено ] Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи
холодный газ 16.04.2014 10 Конвекция – перенос тепла восходящими потоками жидкости либо газа Виды теплопередачи Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Конвекция горячий газ Возникновение конвекции: Газ нагревается → при нагревании газ расширяется → газ становится легче, чем окружающий его холодный газ → лёгкий газ «всплывает» в более тяжелом холодном газе → восходящий поток Аналогично возникает конвекция в жидкости В твердых телах конвекция невозможна (так как твердые тела не текучи) Примеры: Восходящий воздух над шоссе летом Движение воды при нагревании кастрюли на плите Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи
16.04.2014 11 Когда горячее и холодное тела не соприкасаются, и между ними нет воздуха (например, между Солнцем и Землей), то остается лишь один способ передать тепло – излучение. Излучение – передача тепла путем испускания электромагнитных волн. Виды теплопередачи Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Излучение t2 хол t1 гор ∽∽∽∽ Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи Все нагретые тела излучают тепло в виде электромагнитных волн, например: солнечное излучение видно нам в виде солнечного света и греет всех нас излучение тепла человеческого тела можно увидеть прибором ночного видения (тепловизор) микроволновая печь («микроволновка») нагревает пищу при помощи электромагнитных волн.
16.04.2014 12 Мы обсудили: Температуру и внутреннюю энергию Способы изменения внутренней энергии Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Слайд из 12 Темы следующего блока Температура и внутренняя энергия → Уравнение теплового баланса Далее обсудим: Уравнение теплового баланса Какой станет температура, если соединить горячее и холодное?
16.04.2014 Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Смотрите также Другие презентации курса почта: victor.sivolgin@physics.msu.ru вконтакте: vk.com/victor.sivolgin facebook: fb.com/victor.sivolgin Карта курса | Карта курса в 3D Механика. Законы Ньютона Механика. Движение по окружности Молекулярная физика. Уравнение Менделеева-Клайперона хотите использовать презентацию для занятий хотите получить остальные части курса нашли ошибки/опечатки → напишите автору презентации.

More Related Content

Тепловые явления. Температура и внутренняя энергия (Виктор Сиволгин)

  • 1. Температура Тепловое расширение Внутренняя энергия Теплоемкость Виды теплопередачи Тепловые явления Блок 1. Температура и внутренняя энергия Москва, 2014 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru нажмите на название раздела для перехода откройте на полный экран (нажмите CTRL + L)
  • 2. t2 хол 16.04.2014 2 Тепловые явления - явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел, а также с изменением их агрегатного состояния (плавление, испарение). Тепловые явления Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи Тает лед, кипит вода, горят и согревают воду дрова в костре, батарея нагревают воздух в комнате – всё это тепловые явления. Тепловые явления всегда связаны с передачей и преобразованием теплоты. t1 гор Одна из причин тепловых явлений: Принцип теплового равновесия: тепло от горячего тела перетекает к холодному, в течении некоторого времени устанавливается тепловое равновесие (вода нагревает лед, теплый воздух нагревает холодный, и т.д.). t3t3 через некоторое время Слайд из 12 В чём причина тепловых явлений Q
  • 3. 16.04.2014 3 Все тела состоят из молекул и атомов (их также называют частицы вещества). В газах и жидкостях частицы вещества хаотично движутся, в твердых телах – колеблются около положений равновесия. Чем активней движутся частицы вещества, тем выше температура. Температура – показатель того, как интенсивно движутся частицы вещества, насколько они «активны» → тесно связана с понятием теплового движения частиц вещества. Температура Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Тёплое тело (с более «активными» частицами) стремится передать тепло холодному телу (менее «активному»). Горячее тело передаёт энергию холодному. Газ / жидкость Твердое тело Почему существует температура и что она означает Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи
  • 4. 0 °С – замерзание воды 100 °С – кипение воды Промежуток между замерзанием и кипением воды разделили на 100 частей → шкала Цельция 16.04.2014 4 Температура повышается → частицы вещества движутся интенсивней → частицы вещества сильней отталкиваются друг от друга, «распирают» тело → объем тела (жидкости, газа) увеличивается. Происходит тепловое расширение. Наблюдая, как зависит объем жидкости (либо газа) от температуры, мы можем измерить температуру. Используют жидкостные (расширяется жидкость), газовые (расширяется газ) термометры. [подробнее: http://ru.wikipedia.org/wiki/Термометр ] Температуру измеряют, используя три основные шкалы. Температура Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Измерение температуры 0 °F - точка замерзания смеси воды, льда и нашатыря. Температура человеческого тела - 96 °F. t – температура по Цельсию При нуле по Кельвину прекращается тепловое движение атомов. «Абсолютный ноль» t – температура по Цельсию Шкала Цельсия (°C) Шкала Фаренгейта (°F)Шкала Кельвина (K) 𝒕𝒕 = 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎 … … 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 °𝑪𝑪 0 𝐾𝐾 = −273,15 °𝐶𝐶 𝑻𝑻 = 𝒕𝒕 + 𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐 𝑭𝑭 = 𝟗𝟗 𝟓𝟓 𝒕𝒕 + 𝟑𝟑𝟑𝟑 Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи
  • 5. 16.04.2014 5 Тепловое расширение Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Коэффициент теплового расширения Начальная температура 0°C: Повышенная температура 𝑡𝑡: При нагревании движение частиц вещества (атомов, молекул) активизируется, частицы вещества «распирают» тело и тела расширяются . Это относится к газам, жидкостям, твердым телам. L L0 L 𝐿𝐿 = 𝐿𝐿0(1 + 𝛼𝛼𝑡𝑡) L0 – начальная длина тела при 0°C [м] L – длина нагретого тела [м] 𝛼𝛼 – коэффициент теплового расширения [1/ °C] 𝑡𝑡 - температура тела [°C] Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи
  • 6. 16.04.2014 6 Частицы вещества (атомы, молекулы) непрерывно хаотически движутся и взаимодействуют между собой (притягиваются, отталкиваются друг от друга). Внутренняя энергия (U) – энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело Внутренняя энергия зависит от температуры. Интенсивность движения частиц зависит от температуры, следовательно, при увеличении температуры внутренняя энергия увеличивается. Внутренняя энергия измеряется в джоулях (Дж). [ Подробнее о единице измерения Джоуль ] Внутренняя энергия Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Энергия движения и взаимодействия частиц вещества Как увеличить внутреннюю энергию и нагреть тело? А) Совершить работу над телом (к примеру, потереть, ударить, уронить с высоты и т.д.) Б) Передать тепло без совершения работы – теплопередача (теплообмен). Подробнее про виды теплопередачи см. слайды 8-11. U ∽ 𝑡𝑡 Внутренняя энергия зависит от температуры Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи
  • 7. Джоуль (Дж) – это единица измерения энергии. Тепловая энергия (количество теплоты, или просто теплота) также измеряется в джоулях. Сколько джоулей нужно, чтобы нагреть тело, зависит от удельной теплоемкости тела, массы и изменения температуры тела. 16.04.2014 7 Теплоемкость Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Сколько теплоты «вмещает» тело? количество теплоты (Дж) = удельная теплоёмкость (с) x масса тела (𝑚𝑚) x изменение температуры (Δ𝑡𝑡) Q = c ∙ m ∙ Δt [Дж] удельная теплоёмкость = [количество теплоты ] нагреть 1 кг ∙ [на 1 градус] 𝒄𝒄 = 𝑸𝑸 𝒎𝒎 𝜟𝜟𝒕𝒕 𝑐𝑐воды = 4200 Дж кг ∙ °С Например: Удельная теплоёмкость (с) – это количество теплоты, необходимое для нагревания тела массой 1 кг на 1 градус. Теплоёмкость (С) – количество теплоты, необходимое для нагревания тела на 1 градус Цельсия. 𝑪𝑪 = 𝑸𝑸 𝜟𝜟𝒕𝒕 теплоёмкость = количество теплоты нагреть тело на 1 градус 𝑪𝑪 = 𝒄𝒄𝒄𝒄то есть: Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи
  • 8. 16.04.2014 8 Как можно изменить внутреннюю энергию и нагреть тело? либо Виды теплопередачи Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Три вида теплопередачи Изменение внутренней энергии теплопередача Совершение механической работы конвекциятеплопроводность излучение О каждом из трёх видов теплопередачи далее → слайды 9-11 Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи совершить работу над телом: потереть, ударить, сжать передать тепло, используя один из трёх способов теплопередачи t1 гор t2 хол холодный горячий t1 гор t2 хол ∽∽∽∽
  • 9. 16.04.2014 9 Когда горячее и холодное тела непосредственно соприкасаются, то тепло передаётся от горячего тела к холодному (случай А). Тепло также может передаваться через промежуточное вещество, например, вода в батарее передает тепло воздуху через металл батареи (случай Б). Теплопроводность – передача тепла от более нагретых частей тела к менее нагретым в результате передачи энергии от частиц, обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией. Виды теплопередачи Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Теплопроводность t2 хол t1 гор t2 хол t1 гор Б) А)Примеры: • рукоятка ложки нагревается от горячего чая • тепло в доме «уходит» через стены на улицу • теплоотводящие трубки отводят тепло от процессора в ноутбуке [ вот как это устроено ] Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи
  • 10. холодный газ 16.04.2014 10 Конвекция – перенос тепла восходящими потоками жидкости либо газа Виды теплопередачи Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Конвекция горячий газ Возникновение конвекции: Газ нагревается → при нагревании газ расширяется → газ становится легче, чем окружающий его холодный газ → лёгкий газ «всплывает» в более тяжелом холодном газе → восходящий поток Аналогично возникает конвекция в жидкости В твердых телах конвекция невозможна (так как твердые тела не текучи) Примеры: Восходящий воздух над шоссе летом Движение воды при нагревании кастрюли на плите Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи
  • 11. 16.04.2014 11 Когда горячее и холодное тела не соприкасаются, и между ними нет воздуха (например, между Солнцем и Землей), то остается лишь один способ передать тепло – излучение. Излучение – передача тепла путем испускания электромагнитных волн. Виды теплопередачи Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Излучение t2 хол t1 гор ∽∽∽∽ Слайд из 12 • Температура • Тепловое расширение • Внутренняя энергия • Теплоемкость • Виды теплопередачи Все нагретые тела излучают тепло в виде электромагнитных волн, например: солнечное излучение видно нам в виде солнечного света и греет всех нас излучение тепла человеческого тела можно увидеть прибором ночного видения (тепловизор) микроволновая печь («микроволновка») нагревает пищу при помощи электромагнитных волн.
  • 12. 16.04.2014 12 Мы обсудили: Температуру и внутреннюю энергию Способы изменения внутренней энергии Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Слайд из 12 Темы следующего блока Температура и внутренняя энергия → Уравнение теплового баланса Далее обсудим: Уравнение теплового баланса Какой станет температура, если соединить горячее и холодное?
  • 13. 16.04.2014 Тепловые явления. Блок 1 Виктор Сиволгин victor.sivolgin@physics.msu.ru Смотрите также Другие презентации курса почта: victor.sivolgin@physics.msu.ru вконтакте: vk.com/victor.sivolgin facebook: fb.com/victor.sivolgin Карта курса | Карта курса в 3D Механика. Законы Ньютона Механика. Движение по окружности Молекулярная физика. Уравнение Менделеева-Клайперона хотите использовать презентацию для занятий хотите получить остальные части курса нашли ошибки/опечатки → напишите автору презентации.