Изменение на вътрешната енергия чрез работа и топлообмен
Вътрешната енергия на тяло може да се измени по два начина. Първият е чрез извършване на работа: при бързо свиване газът се нагрява, при триене телата се затоплят, а при разширяване без топлообмен газът се охлажда. Вторият е чрез топлообмен, който става чрез топлопроводност, конвекция и излъчване. Резултатът е един и същ, независимо по кой начин е получена енергията.
Какво да запомним
- Работа над тялото увеличава вътрешната му енергия (помпа, спирачки, дизелов двигател).
- Топлопроводност: главно в твърди тела, металите са добри проводници.
- Конвекция: пренос с потоци течност или газ.
- Излъчване: единственият начин във вакуум (от Слънцето до Земята).
Пример
Бързо натискаме буталото на велосипедна помпа: работата над въздуха увеличава вътрешната му енергия и помпата се затопля.
Проверете се: 20 въпроса
Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.
Какво става с въздуха в помпа за велосипед, когато бързо натискаме буталото?
- Охлажда се
- Температурата му не се мени
- Нагрява се
- Втечнява се
Отговор: Нагрява се
Външната сила извършва работа над въздуха и вътрешната му енергия расте.
Как се изменя вътрешната енергия на газ, който се разширява без топлообмен?
- Увеличава се
- Не се изменя
- Става нула
- Намалява
Отговор: Намалява
Газът извършва работа за сметка на вътрешната си енергия.
Защо при отваряне на бутилка газирана напитка около гърлото се появява лека мъгла?
- Напитката се запалва
- Газът се нагрява и свети
- Излиза дим от горене
- Газът се разширява бързо, охлажда се и водната пара кондензира
Отговор: Газът се разширява бързо, охлажда се и водната пара кондензира
Бързото разширение е почти без топлообмен, затова газът се охлажда и парата кондензира на капчици.
Над газ се извършва работа 250 J без топлообмен. Как се изменя вътрешната му енергия?
- Намалява с 250 J
- Увеличава се с 250 J
- Не се изменя
- Увеличава се с 500 J
Отговор: Увеличава се с 250 J
Без топлообмен цялата извършена над газа работа отива за увеличаване на вътрешната му енергия.
Кой от примерите НЕ е изменение на вътрешната енергия чрез работа?
- Нагряване на пирон при удари с чук
- Нагряване на свредел при пробиване
- Затопляне на помпа при помпане
- Затопляне на ръцете над печка
Отговор: Затопляне на ръцете над печка
Над печката ръцете се затоплят чрез топлообмен, а не чрез работа.
Кой пример показва изменение на вътрешната енергия чрез работа?
- Трионът се нагрява, докато режем дърво
- Чаят изстива на масата
- Слънцето затопля пясъка
- Ръцете се стоплят над печка
Отговор: Трионът се нагрява, докато режем дърво
При рязане силата на триене извършва работа и вътрешната енергия на триона расте.
Защо спирачките на колата се нагорещяват при рязко спиране?
- Слънцето ги нагрява
- В тях има нагревател
- Работата на силата на триене увеличава вътрешната им енергия
- Въздухът ги нагрява при движение
Отговор: Работата на силата на триене увеличава вътрешната им енергия
Кинетичната енергия на колата чрез работата на триенето се превръща във вътрешна енергия на спирачките.
Защо в дизеловия двигател горивото се възпламенява без запалителна свещ?
- Горивото е горещо още в резервоара
- При бързото свиване въздухът в цилиндъра силно се нагрява
- Цилиндърът е охладен с вода
- Буталото поражда искра
Отговор: При бързото свиване въздухът в цилиндъра силно се нагрява
Работата при бързото свиване увеличава вътрешната енергия на въздуха и температурата му става по-висока от температурата на възпламеняване на горивото.
Защо метеоритите светят, когато навлизат в земната атмосфера?
- Отразяват светлината на Луната
- Изстиват много бързо
- Светят от излъчването на Земята
- Работата на силите на съпротивление на въздуха ги нагрява силно
Отговор: Работата на силите на съпротивление на въздуха ги нагрява силно
Метеоритите летят с огромна скорост и механичната им енергия се превръща във вътрешна, така че те се нажежават.
Оловно топче пада от височина 26 m и при удара цялата му механична енергия отива за нагряването му. С колко градуса се нагрява? (c = 130 J/(kg·K), g = 10 m/s2)
- С 20 °C
- С 0,5 °C
- С 2 °C
- С 26 °C
Отговор: С 2 °C
mgh = mcΔt, масата се съкращава: Δt = gh/c = 10 · 26/130 = 2 °C.
По какъв начин се предава топлината главно в металите?
- Чрез конвекция
- Чрез топлопроводност
- Чрез излъчване
- Чрез кондензация
Отговор: Чрез топлопроводност
В твърдите тела енергията се предава от частица на частица без пренос на вещество.
По какъв начин топлината от Слънцето достига до Земята?
- Чрез топлопроводност
- Чрез конвекция
- Чрез излъчване
- Чрез кондензация
Отговор: Чрез излъчване
Между Слънцето и Земята има почти вакуум, а излъчването е единственият начин, който става и във вакуум.
Защо радиаторите се поставят ниско в стаята?
- За да се нагрява само подът
- Затопленият въздух се издига и се образуват конвекционни потоци
- Защото топлият въздух слиза надолу
- Защото излъчването е по-силно долу
Отговор: Затопленият въздух се издига и се образуват конвекционни потоци
Топлият въздух е с по-малка плътност и се издига, а на мястото му идва студен въздух.
Газ получава 600 J топлина при постоянен обем. Как се изменя вътрешната му енергия?
- Увеличава се с 600 J
- Не се изменя
- Намалява с 600 J
- Увеличава се с 300 J
Отговор: Увеличава се с 600 J
При постоянен обем газът не извършва работа, затова ΔU = Q = 600 J.
Защо прозорците с двоен стъклопакет пазят топлината в стаята?
- Въздухът между стъклата е лош топлопроводник
- Стъклото е добър топлопроводник
- Двойното стъкло отразява студа
- Въздухът между стъклата се нагрява от Слънцето
Отговор: Въздухът между стъклата е лош топлопроводник
Неподвижният въздух провежда топлината слабо и намалява топлинните загуби.
Как се нарича пренасянето на топлина чрез потоци течност или газ?
- Конвекция
- Топлопроводност
- Излъчване
- Дифузия
Отговор: Конвекция
При конвекцията топлите и студените слоеве се преместват и пренасят топлината.
Кой от тези материали е най-добър топлопроводник?
- Дърво
- Пластмаса
- Вълна
- Мед
Отговор: Мед
Металите, и особено медта, провеждат топлината много добре заради свободните си електрони.
Защо тъмните дрехи се нагряват повече на слънце от белите?
- Отразяват повече излъчване
- Поглъщат повече от падащото излъчване
- Имат по-малка маса
- Провеждат по-зле топлината
Отговор: Поглъщат повече от падащото излъчване
Тъмните повърхности поглъщат по-голяма част от слънчевото излъчване, а светлите повече го отразяват.
Защо термосът запазва чая топъл дълго време?
- Термосът сам нагрява чая
- Вакуумът между стените спира проводността и конвекцията, а огледалните стени намаляват излъчването
- Стените му са от добър топлопроводник
- В термоса има лед
Отговор: Вакуумът между стените спира проводността и конвекцията, а огледалните стени намаляват излъчването
Термосът намалява и трите начина на топлопредаване.
Защо в космическото пространство топлината се предава само чрез излъчване?
- Защото там е много студено
- Защото там няма гравитация
- Защото Слънцето е далеч
- Във вакуума няма вещество за топлопроводност и конвекция
Отговор: Във вакуума няма вещество за топлопроводност и конвекция
Топлопроводността и конвекцията изискват вещество, а излъчването се разпространява и във вакуум.