Качественные задачи на внутреннюю энергию

Столкнувшись с задачами по физике на внутреннюю энергию, главное, основательно разобраться во всех процессах, указанных в условиях, и использовать ранее изученные формулы по этой теме.

Каким образом можно изменить внутреннюю энергию в физике

Чтобы условия задачи всегда были ясны, важно детально разобраться с понятием, точно знать, что это такое, от чего зависит и на что влияет.

Понятие, определение

В международной системе обозначается большой латинской буквой U и измеряется в Джоулях.

Внутренняя энергия тела зависит:

1. От температуры. Чем выше температура тела, тем активнее движутся частицы внутри него, тем больше его внутренняя энергия.
2. От его массы.
3. От агрегатного состояния вещества (вода/лед).

Изменить внутреннюю энергию можно:

1. С помощью работы, совершаемой над телом или совершенной им. Причем, внутренняя энергия объекта уменьшается, если он совершает работу, и, наоборот, увеличивается, если работа совершается над ним.
2. При помощи теплопередачи. 

Основные формулы и их применение

Основными формулами, которые понадобятся для решения задач по данной теме, являются:

1. \(U=E_к+E_п\), где \(E_к\) — кинетическая энергия, а \(E_п\) — потенциальная.
2. \(\Delta U=A+Q\),  где \(A\) — это работа, \(Q\) — количество теплоты. Данное уравнение выражает первый закон термодинамики: изменение внутренней энергии при переходе системы из одного состояния в другое будет равняться сумме работы внешних сил и количества теплоты переданной системе.

Примеры решения качественных задач по теме

Для решения задач по данной теме термодинамики чаще всего нужны следующие формулы:

Чтобы окончательно разобраться с темой, рассмотрим решение нескольких типовых задач.

Задача №1

Какова внутренняя энергия гелия, который заполняет аэростат объемом 50 м³ при давлении в нем 80 кПа?

Решение

1. Записываем известные нам данные: p=80 кПа, V=50 м³, U=?
2. Приводим единицы измерения давления к общепринятым — Па, p=8х10⁴ Па.
3. Для одноатомного идеального газа U вычисляется по формуле: \(U=\frac32\times\frac mM\times R\times T\)
4. Для решения этой задачи нам понадобится уравнение Менделеева-Клапейрона: \(p\times V=\frac mM\times R\times T\)
5. Соответственно, \(U=V=\frac32\times p\times V\)
6. Подставляем числовые значения в формулу и получаем ответ: 6 МДж.

Задача №2

Насколько изменилась внутренняя энергия гелия, если его масса 200 грамм, а температура увеличилась на 20 Кельвинов?

Решение

1. Записываем вводные данные: m= 200 гр., T=20 К, R=8,31 Дж х моль/К, M=0,004 кг/моль, U=?
2. Для решения данной задачи потребуется одна формула — для идеального газа: \(U=\frac32\times\frac mM\times R\times T\)
3. Производим несложные математические действия и получаем ответ: 12,5 кДж.

Задача №3

Газ находится в закрытом баллоне. При охлаждении газа его внутренняя энергия снизилась на 500 Дж. Какое количество теплоты при этом отдал газ и совершал ли он работу?

Решение

1. Это задача скорее теоретическая, поэтому давайте рассуждать: так как газ находится в закрытом баллоне, следовательно, его объем не меняется, т.е. \(\Delta V=0\)
2. Работа определяется по формуле: \(\Delta V=0\), \(А=0\), а это значит, что газ работу не совершал.
3. По первому закону термодинамики, \(Q=A+\Delta U=\Delta U= — 500\) Дж.

Если тема по-прежнему кажется сложной, а вам предстоит подготовить доклад или решить с десяток задач по ней, не спешите отчаиваться! Специалисты онлайн-сервиса Феникс.Хелп рады будут помочь с любой темой по физике или другому предмету.