Внутренняя энергия тел и способы ее изменения. Виды теплопередачи, их учет и использование в быту

Внутренняя энергия - это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело. Внутренняя энергия зависит от температуры тела, его агрегатного состояния (газообразное, жидкое, твердое), от химических, атомных и ядерных реакций. Она не зависит ни от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел.

Существуют два вида воздействий на тело, которые приводят к изменению его внутренней энергии:

1. Совершение работы. Например, сжатие или растяжение тела, перемещение тела по негладкой поверхности и т.д.

2. Нагревание тела (без совершения над ним работы). Например, нагревание газа в закрытом сосуде, нагревание жидкости и т. д.

Процесс изменения внутренней энергии тела без совершения работы носит название теплопередачи. Если над телом совершается работа, то внутренняя энергия тела увеличивается, если же это тело совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается.

Количество внутренней энергии, сообщенной телу или отнятой от тела в процессе теплопередачи, называется количеством теплоты. Количество теплоты представляет собой меру перехода внутренней энергии от одного тела к другому в процессе теплопередачи.

Виды теплопередачи. Существуют три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение (лучеиспускание).

Теплопроводность (газов, жидкостей и твердых тел) - это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия частиц. Теплопроводность различных тел различна. Некоторые твердые тела являются хорошими проводниками тепла (металлы), другие — плохими (дерево, стекло, кожа). Наиболее плохие проводники — это пористые тела (шерсть, пробка, бумага, дерево и др.). Теплопроводность всех жидкостей, кроме ртути, мала. Газы еще менее теплопроводны, чем жидкости, этим объясняется, в частности, плохая теплопроводность пористых твердых тел — их поры заполняет воздух.

Степень теплопровод­ности тел учитывается при конструировании машин, в строительном деле, холодильных установках.

Конвекция (в газах и жидкостях) - передача теплоты путем перемещения и перемешивания холодных и теплых слоев жидкого или газообразного вещества. Примеры проявления явления конвекции: циркуляция воздуха в отапливаемой комнате, нагревание жидкости снизу сосуда (при нагревании сосуда сверху конвекция не происходит), тяга в трубах, центральное водяное отопление, ветры, морские течения и т.д.

Излучение - это процесс переноса энергии от одного тела к другому с помощью тепловых (инфракрасных), видимых и других лучей. Так, вся энергия, получаемая Землей от Солнца, передается путем лучеиспускания. При одной и той же температуре тела с темной поверхностью сильнее излучают (поглощают) энергию, чем со светлой. Это явление учитывается человеком в быту (цвет одежды от времени сезона), в технике (окраска холодильников, самолетов, космических кораблей), в земледелии (парники и теплицы).