Vnútorná energia
Čo je vnútorná energia
Vnútorná energia telesa (značka ) je súčet energií spojených s neusporiadaným pohybom a vzájomným pôsobením jeho častíc – atómov, molekúl alebo iónov.
Vnútorná energia pozostáva z:
- kinetickej energie neusporiadaného pohybu častíc,
- potenciálnej energie vzájomných interakcií medzi časticami.
Nezamieňaj si ju s kinetickou energiou telesa ako celku. Napríklad auto, ktoré sa pohybuje po ceste, má kinetickú energiu v dôsledku svojho pohybu, ktorá nepatrí do jeho vnútornej energie.
Teleso v pokoji — a jeho častice
Teleso navonok stojí, no vnútri sa jeho častice neustále a neusporiadane pohybujú. Prepni pohľad a presvedč sa.
Od čoho závisí vnútorná energia
Vnútorná energia telesa závisí najmä od:
- množstva látky
- teploty
- druhu látky
- skupenstva a usporiadania častíc
Porovnaj vnútornú energiu
Nastav množstvo látky, teplotu a skupenstvo dvoch vzoriek a zisti, ktorá má väčšiu vnútornú energiu — a prečo.
Ako sa vnútorná energia môže meniť
Vnútorná energia telesa sa môže meniť dvoma spôsobmi:
- konaním práce
- tepelnou výmenou
- trením – keď si trieš dlane o seba, mechanická práca sa premieňa na vnútornú energiu a dlane sa zahrejú,
- stláčaním plynu – pri stláčaní plynu konáme prácu na plyne a jeho vnútorná energia môže vzrásť,
- deformáciou telesa – pri deformovaní niektorých telies sa časť vykonanej práce premieňa na vnútornú energiu.
Zvýš vnútornú energiu prácou
Bez akéhokoľvek tepla — len konaním práce. Skús to na troch príkladoch.
Ak teleso prijíma teplo, jeho vnútorná energia sa môže zväčšovať. Ak teplo odovzdáva, jeho vnútorná energia sa môže zmenšovať.
Napríklad:
- voda na sporáku prijíma teplo → jej vnútorná energia rastie,
- horúci čaj odovzdáva teplo okoliu → jeho vnútorná energia klesá.
Vnútorná energia pri zmene skupenstva
Patrí sem:
- topenie – pevná látka → kvapalina
- tuhnutie – kvapalina → pevná látka
- vyparovanie alebo var – kvapalina → plyn
- kondenzácia – plyn → kvapalina
Pri zmene skupenstva sa môže meniť vnútorná energia aj napriek tomu, že teplota látky zostáva konštantná.
Prečo?
Pri zohrievaní látky sa dodaná energia nemusí vždy prejaviť zvýšením rýchlosti pohybu častíc. Počas zmeny skupenstva sa energia využíva najmä na zmenu vzájomného pôsobenia a usporiadania častíc, a tým sa mení ich potenciálna energia.
Napríklad pri topení ľadu sa dodáva teplo, ale teplota zmesi ľadu a vody zostáva počas topenia približne 0 °C. Dodaná energia však spôsobuje zmenu usporiadania častíc a vnútorná energia rastie.
Pri opačnom procese, tuhnutí, vnútorná energia klesá a energia sa odovzdáva okoliu.
Teplota vs. vnútorná energia
Podrž tlačidlo a postupne dodávaj teplo ľadu. Sleduj obe krivky naraz.
1. termodynamický zákon
Doteraz sme si ukázali, že vnútorná energia telesa sa môže meniť tepelnou výmenou alebo konaním práce.
Tieto poznatky vyjadruje prvý termodynamický zákon:
kde:
- ΔU – zmena vnútornej energie sústavy,
- Q – teplo prijaté sústavou,
- W – práca vykonaná na sústave.
Váhy Q a W
Nastav teplo Q a prácu W a sleduj, ako spolu určujú zmenu vnútornej energie.
Úlohy / praktické situácie
Skús si najprv odpovedať sám, potom si over riešenie.
ΔU = 500 J + 200 J = 700 J.
Vnútorná energia telesa sa teda zväčšila o 700 J.