Урок по физике "Тепловые явления" 8 класс

1. Тепловые явления, внутренняя энергия Ранее   мы   рассматривали     механические   явления,   связанные   с   изменением положения одних тел относительно других, происходящих в какой – то момент времени.   Нас не интересовало поведение молекул, из которых состояли тела: двигались   они   быстрее   или   медленнее,   взаимодействовали   они     с   другими молекулами   или   нет.   Нас   интересовало   поведение   всего   тела   целиком.   Мы определяли массу тела, его скорость или изменение скорости,  кинетическую или потенциальную энергию всего тела.      Теперь мы будем рассматривать  поведение молекул, из которых состоят тела. Будем рассматривать, быстро или медленно они движутся, взаимодействуют ли они друг с другом? Ведь еще 300 лет назад ученые в спорах не могли ответить, чем отличаются  200 г воды при 20 градусах от 200 г такой же воды, в таком же стакане, но при 80 градусах.    Смотрели   в   микроскоп,   определяли   массу,   химическим   путем   пытались определить, нет ли изменения в структуре  воды. И никаких изменений не нашли.  Чтобы   спасти   положение,   вынуждены   были   придумать   особое   «вещество­ теплород», невидимое, невесомое, но которое можно было налить в тело. И тогда оно нагревалось. Или вылить из него часть теплорода, и тело охлаждалось… Даже   до   сих   пор   сохранились   понятия:   теплоемкость,   удельная теплоемкость, напоминавшие о том, что в какую­то емкость что­то можно налить.       И   тогда   вновь   заговорили   о   молекулярно­   кинетической   теории   строения вещества, стоящей  на трёх китах:  все тела состоят из маленьких частиц (молекул, атомов, ионов); молекулы находятся в беспрерывном (хаотическом) движении; между   молекулами   есть   промежутки,   действуют   силы   притяжения   и отталкивания.        Более двух тысяч лет тому назад древнегреческий ученый Демокрит ввёл атомистическую теорию строения вещества. Но, к сожалению, она не получила тогда распространения и была забыта на протяжении полутора тысяч лет, тем самым это затормозило развитие физики.  Американский учёный Фейнман в своих лекциях задаёт вопрос: если бы земная цивилизация в результате космической катастрофы могла погибнуть, но  в последние минуты могла передать только одну фразу будущим поколениям, которые возродятся на Земле. Какая это была бы фраза, чтобы ускорить  развитие физики и техники? И сам ответил: я думаю, это была бы фраза: «Все окружающие тела состоят из молекул, которые хаотично движутся, между которыми есть промежутки и силы взаимодействия». То­есть, в этой фразе заключена вся молекулярно – кинетическая теория вещества.       И теперь можно объяснить , что горячая вода при 80 градусах отличается от воды при 20 градусах тем, что в горячей воде молекулы воды движутся быстрее, что   потенциальная   и   кинетическая   энергия   всех   молекул,   из   которых   состоит вода, больше, а значит и больше температура.     Вот мы и подошли к определению  тепловых явлений. Это явления, связанные с изменением температуры тел, с изменением агрегатных состояний.            А вот беспорядочное движение   частиц, из которых состоит тело, будет называться тепловым движением.    В  отличие   от  механической  энергии  тел,  рассматриваемой  ранее,  мы  теперь будем говорить о внутренней энергии (или тепловой). Энергия, которой обладают все молекулы   тела, мы будем называть внутренней энергией. Значит, внутренняя энергия –  это  сумма  потенциальной   и кинетической  энергии  всех   молекул,  из которых состоит тело.     Все   тела   обладают   внутренней   энергией   при   любой   температуре,   в   любом агрегатном состоянии.  При более низких температурах внутренняя энергия будет меньше,   при более высоких – большая.     Можно   провести   несложный   опыт,   чтобы   понять,   как   мы   теперь   будем   рассматривать изменение энергии. Если свинцовый шарик уронить с некоторой высоты    h  на   стальную   плиту,   то   можно   проследить   за   изменением     энергии Вначале шарик на этой высоте обладает запасом потенциальной энергии. Затем при падении высота будет уменьшаться (и уменьшаться потенциальная энергия), а скорость увеличиваться (а значит, увеличиваться и кинетическая энергия). И в момент   удара   вся   потенциальная   энергия   шарика   перейдёт   в   кинетическую энергию.   И   с   наибольшей   скоростью   шарик   ударится   о   плиту,   при   этом подвергнутся деформации и шарик, и плита в месте удара. Если удар неупругий, то свинцовый шарик влипнет в плиту.   Вся   кинетическая   энергия   перейдет   в   энергию   деформации,   связанные   с изменением   потенциальной   и   кинетической   энергии   тех   молекул,   которые оказались в месте удара.   Внутренняя энергия в месте удара увеличится. И влипший шарик, и плита в этом месте   нагреются,   их   температура   повысится.   А   так   как   с   этими   молекулами рядом   находятся   другие   молекулы,   с   которыми   они   взаимодействуют,   то   и соседние   области   немного   нагреваются.   Или   мы   говорим   проще:   тепло рассеивается по всей массе тела.       Можем задать еще интересный     вопрос: куда   делась механическая энергия шарика?    Отвечаем: она перешла сначала в кинетическую, а затем во внутреннюю энергию тех молекул, которые оказались в месте удара. Затем эти молекулы передали взаимодействие другим соседним молекулам, и тепло рассеялось по телу, которое взаимодействует с воздухом в комнате.    Внутреннюю  энергию  можно изменить  двумя  способами:   путем  совершения механической работы и без совершения работы. Для подтверждения первого способа проведём   опыт: в трубку нальём     эфир, закроем     пробкой   и   натрем       веревкой,   обмотанной   вокруг   трубки.   Через некоторое   время   трубка   нагреется,   эфир   закипит,   и   давление   паров   выбьет пробку,   тем   самым     подтверждая,   что   механическая   работа   перешла   во внутреннюю энергию.  Способы же изменения внутренней энергии без совершения работы будут рассмотрены в следующем выпуске…