1 Какие виды механической энергии вы знаете?
Виды механической энергии:
Кинетическая энергия (КЭ): Связана с движением тела и зависит от его массы и скорости. Формула КЭ: КЭ = (1/2)mv^2, где m - масса, v - скорость. Потенциальная энергия (ПЭ): Связана с положением тела в поле сил (например, гравитационном или электростатическом). Форма ПЭ может различаться, например, гравитационная ПЭ: ПЭ = mgh, где m - масса, g - ускорение свободного падения, h - высота над поверхностью.
2 Какую работу может совершить точечное тело только за счёт своей кинетической энергии?
Точечное тело может совершить работу только за счет своей кинетической энергии. Работа равна изменению кинетической энергии: работа = ΔКЭ.
3 Чем определяется потенциальная энергия системы, состоящей из взаимодействующих тел?
Потенциальная энергия системы, состоящей из взаимодействующих тел, определяется положением и взаимодействием этих тел. В случае гравитационной потенциальной энергии, например, она зависит от высоты, массы тел и гравитационной постоянной.
4 Что называют термодинамической системой?
Термодинамическая система - это часть вселенной, которую мы рассматриваем в контексте термодинамики. Это может быть газ, жидкость, твердое тело или другая физическая система, в которой исследуются термодинамические процессы.
5 Что называют внутренней энергией термодинамической системы?
Внутренняя энергия термодинамической системы - это сумма кинетической энергии молекул (их движение) и потенциальной энергии взаимодействия молекул (их взаимодействие друг с другом).
6 Из каких энергий складывается внутренняя энергия тела?
Внутренняя энергия тела складывается из кинетической энергии частиц (атомов и молекул) и потенциальной энергии взаимодействия между частицами.
7 Можно ли изменить внутреннюю энергию тела за счёт его поднятия над поверхностью Земли?
Изменение внутренней энергии тела при его поднятии над поверхностью Земли обычно связано с изменением потенциальной энергии тела в поле силы тяжести. Это не приводит к изменению внутренней энергии тела.
8 Изменяется ли внутренняя энергия тела, когда изменяют скорость его движения как целого?
Изменение скорости целого тела как целого не изменяет его внутренней энергии, так как это связано с изменением его кинетической энергии, а не внутренней энергии.
* 9 Можно ли изменить внутреннюю энергию тела, деформируя его?
Деформация тела может изменять его внутреннюю энергию. Например, при сжатии или растяжении упругого материала происходит изменение внутренней энергии.
* 10 Будет ли изменяться (и если да, то как) внутренняя энергия тела при его нагревании и охлаждении?
Изменение температуры тела, такое как нагревание и охлаждение, приводит к изменению его внутренней энергии. При нагревании внутренняя энергия увеличивается (переходит в форму тепла), а при охлаждении она уменьшается (поглощение тепла).
1 Рассчитайте средние кинетические энергии хаотического движения молекул кислорода и водорода в комнате, если известно, что средние значения модулей скоростей хаотического движения этих молекул равны соответственно vO2=500 м/с и vH2=2000 м/с.
Средняя кинетическая энергия молекул газа можно рассчитать с помощью формулы: \[E = \frac{1}{2} m v^2\]
Где: - \(E\) - средняя кинетическая энергия молекул, - \(m\) - масса молекулы, - \(v\) - средняя скорость молекул.
Для кислорода (O2) и водорода (H2) массы молекул можно найти в таблице химических элементов: - Масса молекулы кислорода (O2) \(m_O2 = 32 \, \text{г/моль} = 0.032 \, \text{кг/моль}\) - Масса молекулы водорода (H2) \(m_H2 = 2 \, \text{г/моль} = 0.002 \, \text{кг/моль}\)
Теперь можно рассчитать средние кинетические энергии: - Для кислорода: \(E_O2 = \frac{1}{2} \cdot 0.032 \, \text{кг/моль} \cdot (500 \, \text{м/с})^2 = 2000 \, \text{Дж/моль}\) - Для водорода: \(E_H2 = \frac{1}{2} \cdot 0.002 \, \text{кг/моль} \cdot (2000 \, \text{м/с})^2 = 2000 \, \text{Дж/моль}\)
* 2 Оцените внутреннюю энергию воздуха, находящегося в комнате объёмом V = 100 м3. Плотность воздуха примите равной ρ = 1,2 кг/м3, а среднее значение модуля скорости хаотического движения молекул v=500 м/с. При этом считайте, что молекулы воздуха практически не взаимодействуют друг с другом.
Внутренняя энергия воздуха в комнате можно оценить как сумму кинетических энергий молекул, умноженную на их количество. Формула для оценки внутренней энергии \(U\) выглядит следующим образом:
\[U = N \cdot \frac{3}{2} k T\]
Где: - \(N\) - количество молекул в газе, - \(k\) - постоянная Больцмана (\(1.38 \times 10^{-23} \, \text{Дж/К}\)), - \(T\) - абсолютная температура воздуха.
Мы знаем, что воздух имеет плотность \(\rho = 1.2 \, \text{кг/м}^3\), и его масса \(m\) можно найти как \(m = \rho \cdot V\), где \(V\) - объем комнаты (\(100 \, \text{м}^3\)).
Далее можно найти количество молекул воздуха (\(N\)) по его массе и молекулярной массе воздуха (\(29 \, \text{г/моль}\)):
\[N = \frac{m}{m_{\text{воздуха}}}\]
После этого можно рассчитать внутреннюю энергию воздуха при заданной температуре \(T\).
3 Проанализируйте, изменяется ли внутренняя энергия воздуха в салоне: а) взлетающего, б) летящего с постоянной скоростью, в) приземляющегося самолёта. Рассмотрите случаи: когда условия в салоне неизменны; когда в салоне по просьбе пассажиров включили обогрев. Сделайте сообщение в классе.
Изменение внутренней энергии воздуха в салоне самолета будет зависеть от условий внутри салона:
а) Взлетающий самолет: Во время взлета изменения внутренней энергии будут связаны с изменением высоты и изменением скорости. В случае нормальных условий в салоне не должно происходить значительных изменений внутренней энергии.
б) Летящий с постоянной скоростью самолет: При постоянной скорости и равновесных условиях в салоне изменения внутренней энергии будут минимальными, если не учитывать теплопередачу через обшивку салона.
в) Приземляющийся самолет: Во время посадки могут возникнуть изменения внутренней энергии из-за турбулентности, торможения и изменения высоты. Если в салоне включили обогрев, это также может влиять на изменение температуры и, следовательно, внутренней энергии.
В целом, изменение внутренней энергии зависит от множества факторов, и оценить его точно без конкретных данных о условиях в салоне сложно.