raquo ;. З ним учнів знайомлять в 8 класі, а в 10 класі продовжується формування цього поняття.
У вузівському курсі загальної фізики під внутрішньою енергією тіла розуміють його повну енергію за вирахуванням кінетичної і потенційної енергій тіла як цілого.
У курсі фізики середньої школи таке визначення використовувати не можна, оскільки учні не знають, що собою представляє повна енергія тел. Враховуючи це, достатньо роз'яснити учням, що внутрішня енергія включає кінетичну енергію хаотичного руху молекул; потенційну енергію їх взаємодії; різні види енергій частинок, що входять до складу атомів, що утворюють молекули; різні види енергій зв'язку (енергію зв'язку атомів; енергію зв'язку часток, що входять до складу атомних ядер, і т.д.). Далі треба вказати на те, що в МКТ та термодинаміки дуже часто доводиться визначатимуть не абсолютні значення внутрішньої енергії, а її зміни, що відбуваються в ході різних процесів. Так як у переважній більшості процесів, що розглядаються в молекулярній фізиці, змінюються тільки кінетична енергія теплового руху молекул і потенційна енергія їх взаємодії, то саме ця види енергії складають внутрішню енергію системи.
Обчислити внутрішню енергію системи як суму цих двох видів енергії молекул практично неможливо. Тому необхідно встановити зв'язок між внутрішньою енергією системи і макроскопічними параметрами, які можна вимірювати. Крім того, слід сформувати в учнів уявлення про внутрішню енергії як функції стану.
Кінетична енергія хаотичного руху молекул залежить від температури; потенційна енергія їх взаємодії залежить від середньої відстані між молекулами, яке, у свою чергу, залежить від обсягу, займаного системою. Тому внутрішня енергія системи є функцією температури та об'єму.
Беручи до уваги, що температура і об'єм - параметри стану, приходимо до висновку: внутрішня енергія являє собою функцію стану. Це означає, що будь-яка система в кожному стані має певну внутрішню енергію. При переході системи з одного стану в інший зміна внутрішньої енергії завжди дорівнюватиме різниці значень внутрішньої енергії в цих станах незалежно від характеру процесу або сукупності процесів, що переводять систему з одного стану в інший. Якщо система здійснює замкнутий процес, то зміна внутрішньої енергії дорівнює нулю, тому кінцевий стан системи збігається з початковим.
У класах гуманітарного та загальноосвітнього профілів поняття число ступенів свободи не вводиться. Тому учнів знайомлять тільки з формулою для визначення внутрішньої енергії ідеального одноатомного газу.
Виведення цієї формули доцільно здійснити у вигляді рішення навчально-пізнавальної задачі, яку можна сформулювати наступним чином: вивести формулу, яка встановлює зв'язок між внутрішньою енергією ідеального одноатомного газу і його макроскопічними параметрами.
Для вирішення завдання необхідно вибрати модель. З цією метою треба обговорити з учнями питання про те, чи можна для вирішення поставленого завдання використовувати модель, яка застосовувалася при виведенні основного рівняння МКТ.
Атоми мають дуже малі розміри в порівнянні з середніми відстанями між ними. Тому їх з великим ступенем точності можна вважати матеріальними точками.
При низьких тисках і високих температурах і в цьому випадку можна знехтувати взаємодією атомів на відстані і вважати, що воно відбувається тільки в момент зіткнень.
Таким чином, для вирішення даного завдання використовувалася раніше модель застосовна.
Оскільки атоми на відстані не взаємодіють, потенційна енергія їх взаємодії дорівнює нулю. Отже, внутрішня енергія одноатомного ідеального газу не залежить від обсягу і є функцією тільки одного параметра - температури.
Інформація, отримана при моделюванні фізичної ситуації, дає можливість переформулювати задачу і представити її у більш конкретному вигляді: вивести формулу, яка встановлює зв'язок між внутрішньою енергією ідеального одноатомного газу і його абсолютною температурою. таке формулювання завдання значно полегшує пошук системи формул, необхідних для її вирішення.
Робота в термодинаміці
Причиною зміни стану газу, як і будь-яких інших тіл, є зовнішні впливи, які характеризуються двома величинами: роботою і кількістю переданої теплоти. Спершу, розглядається робота як величина, що характеризує механічний вплив.
З погляду молекулярної теорії робота в термодинаміці (тобто без урахування зміни механічного стану системи) означає перетворення енергії впорядкованого руху молекул тіла, наприклад молекул, що утворюють поршень, в енергію теплового, тобто безладного, хаотичного руху молекул іншого ...
