Главная > Физика > Физика для средних специальных учебных заведений
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 2.6. Понятие о температуре и внутренней энергии тела.

Первоначальное представление о температуре человек приобрел с помощью осязания. Ощупывая руками различные тела, мы иногда говорим: «холодное тело» или «теплое тело», отмечая этим их различную нагретость. Величину, характеризующую степень нагретости тела, и называют температурой этого тела.

Определение температуры тела на ощупь необъективно и может ввести человека в заблуждение. Действительно, если на столе рядом лежат два предмета, сделанные один из пластмассы, а другой из металла, то, прижимая к ним обнаженную руку, мы скажем, что металлический предмет холоднее пластмассового, хотя в действительности температуры этих тел одинаковы. Поэтому для объективного измерения температуры был создан специальный прибор, который назвали термометром. Действие обыкновенных медицинских термометров, как и термометров для измерения температуры воздуха, основано на расширении тел при нагревании и сжатии при охлаждении. Отметим, что есть термометры, устройство которых основано на использовании других свойств вещества. Они будут описаны дальше.

Как отмечалось выше (§ 2.1), температура любого тела тесно связана с энергией хаотического движения его молекул. Чтобы

нагреть тело, его молекулам нужно сообщить энергию, а чтобы охладить тело, у его молекул нужно отнять энергию.

Опыт показывает, что при соприкосновении двух тел с различной температурой тело с более высокой температурой всегда охлаждается, а тело с более низкой температурой всегда нагревается. Это означает, что между телами при этом происходит обмен энергией, который заканчивается, когда температуры тел выравниваются. Такой обмен энергией принято называть теплообменом. Итак, измерив температуры тел, мы можем установить заранее, какие из них будут получать энергию при теплообмене, а какие — отдавать. Если же измерения покажут, что температуры тел одинаковы, то это означает, что энергия каждого из них будет оставаться неизменной. В этом и заключается ценность понятия температуры.

Ощущения тепла и холода у человека также связаны с обменом энергией между ним и окружающей средой. Когда температура предмета, к которому прикасается рука, выше, чем у человека, то человек получает от него энергию и у него возникает ощущение тепла. Если же температура предмета ниже, чем у человека, то человек теряет энергию и у него возникает ощущение холода. Чем быстрее происходит этот обмен энергией, тем заметнее становятся ощущения тепла или холода у человека.

Теперь можно понять, почему металлическое тело казалось человеку холоднее, чем пластмассовое. Это объясняется тем, что к металлическому телу энергия передавалась от руки быстрее, чем к пластмассовому, и в первом случае температура руки понижалась быстрее, чем во втором. (Подумайте, какими будут ощущения человека при соприкосновении с этими же телами, если их температура будет одинакова, но выше температуры человеческого тела.)

При изучении процессов теплообмена возникает вопрос, из каких частей складывается заключенная в каком-либо теле энергия и какие из них изменяются при теплообмене.

Выше было установлено, что молекулы в теле обладают кинетической и потенциальной энергией. Атомы внутри молекулы и электроны внутри атома также обладают кинетической и потенциальной энергией, которая называется химической. Атомные ядра обладают огромной энергией, называемой ядерной энергией. Сумма кинетической и потенциальной энергий всех частиц тела называется внутренней энергией этого тела.

Оказывается, что внутри тела между отдельными его частями всегда происходит обмен энергией, но при отсутствии внешних воздействий его внутренняя энергия остается неизменной. Опыт показал, что внутренняя энергия тела определяется только его состоянием и не зависит от того, каким путем тело попало в это состояние. Поэтому внутреннюю энергию тела или системы тел часто называют функцией состояния. Систему тел, внутренняя энергия которой остается постоянной, называют замкнутой или изолированной системой.

К области молекулярной физики относятся только такие явления, при которых молекулы не изменяются. В такого рода явлениях

изменение внутренней энергии тела происходит только за счет изменения кинетической и потенциальной энергии его молекул. Практическое значение имеет именно изменение внутренней энергии тела. Поэтому в этих случаях под внутренней энергией тела можно подразумевать только сумму кинетической энергии всех его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия, или, короче, сумму молекулярно-кинетической и молекулярно-потенциальной энергий тела.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление