Тепловая энергия как один из видов энергии

Японские макаки обитают севернее всех других обезьян. Зимы в Японии могут быть достаточно холодными, но макаки нашли способ комфортно их переживать. Обезьяны греются в горячих источниках, умело используя тепловую энергию более теплого тела (горячего источника). В холодное время люди также используют источники тепла, такие как радиатор или печь.

Макаки нежатся в горячем источнике.

Температура тела повышается, когда вещество получает дополнительную энергию

Существуют различные виды энергии. При этом один вид энергии может преобразовываться в другой или переноситься с одного тела на другое. Когда мы греем воду на костре, химическая энергия, накопившаяся в деревьях, преобразуется в тепловую. Высвобождающаяся при горении древесины энергия переносится на воду, и ее температура повышается. Чем выше температура вещества, тем больше его тепловая энергия. Тепловая энергия – это сумма энергий движения всех частиц вещества, которая выражается в единицах энергии – джоулях (1 Дж). Чем с большей энергией движутся частицы, тем выше температура. Таким образом, тепловая энергия вещества тем больше, чем больше в нем частиц или чем выше его температура.

В процессе горения древесины ее химическая энергия уменьшается, а тепловая энергия воды увеличивается.
Если в одном килограмме воды температурой 4 ℃ содержится 3,35 ∙ 1025 частиц, то их тепловая энергия равна 320 кДж. Таким образом, 2 кг воды той же температуры содержат 6,7 ∙ 1025 частиц, и их тепловая энергия составляет 640 кДж.

Тепловая энергия – это сумма энергий движения всех частиц вещества.

Тепловая энергия – это...

  • энергия всего вещества.
  • сумма энергий движения всех частиц вещества.
  • энергия, высвобождающаяся в окружающую среду.

..., тем больше его тепловая энергия.

  • Чем меньше частиц в веществе
  • Чем ниже температура вещества
  • Чем выше температура вещества

Подумай!

  • Почему увеличивается тепловая энергия воды в кастрюле, стоящей на горячей плите?

Тепловое равновесие

Все вещества стремятся достигнуть теплового равновесия. Если встречаются вещества разной температуры, то их тепловая энергия выравнивается. Тепловое равновесие – это ситуация, когда температура рассматриваемых веществ не меняется. При нарушении теплового равновесия тепловая энергия переносится от более теплого вещества на менее теплые до тех пор, пока температура вновь не уравняется. Например, смешав 1 кг  воды с температурой 20 °C  и такое же количество воды с температурой  80 °C ,  мы получим 2 кг  воды с температурой  50 °C .  При смешивании температура выравнивается, меняясь в одинаковой степени: температура более холодной воды повышается на 30 °C ,  а более теплой – падает на 30 °C .  Можно сказать, что энергия перенеслась с более теплой воды на менее теплую. Теплая вода отдает, а холодная – получает одинаковое количество энергии. Количество теплоты – это количество энергии, переносящейся с более теплого вещества на менее теплое вследствие разницы температур. С количеством теплоты также связано понятие «тепло».

Выравнивание температур двух веществ означает, что энергия переносится с более теплого тела на менее теплое.

Температура – это величина, показывающая, насколько теплым или холодным является вещество. Температура зависит от скорости движения частиц. При встрече двух веществ с разной температурой их температуры выравниваются, поскольку частицы, которые движутся быстрее, отдают часть энергии движения тем частицам, которые движутся медленнее. Если вещество получает энергию извне, то она преобразуется в энергию движения частиц, и температура вещества повышается. Если вещество отдает энергию, его температура понижается.

Чем меньше тепловая энергия, тем меньше скорость движения частиц.

1) 1 кг при 40 °C + 1 кг при 80 °C = 2 кг при  °C

2) 1 кг при 5 °C + 1 кг при 35 °C = 2 кг при  °C

3) 1 кг при 30 °C + 1 кг при 90 °C = 2 кг при  °C

4) 1 кг при 10 °C + 1 кг при 80 °C = 2 кг при  °C

1) 2 кг при 60 °C + 1 кг при 30 °C = 3 кг при  °C

2) 4 кг при 90 °C + 16 кг при 5 °C = 20 кг при  °C

3) 3 кг при 40 °C + 1 кг при 20 °C = 4 кг при  °C

4) 5 кг при 50 °C + 10 кг при 5 °C = 15 кг при  °C

Подумай!

  • Почему рукам становится тепло, если подержать их около теплой печи или радиатора?
  • Как долго печь будет нагревать одежду, оставленную на ней сушиться?

Повышение температуры зависит от массы вещества и количества дополнительной энергии

При включении электрического чайника температура воды в нем начинает повышаться. Чем больше повышается температура (и увеличивается тепловая энергия воды), тем больше электроэнергии тратится. Скорость изменения температуры зависит от количества воды. Чем больше воды, тем больше электроэнергии нужно для ее нагревания. Чтобы повысить температуру 1 кг  воды на 1 градус в обычных условиях, требуется 4190 Дж  энергии.

В чайнике электроэнергия используется для увеличения тепловой энергии воды.
Чем больше количество нагреваемой воды и чем больше повышается температура, тем больше требуется теплоты.

Масса воды

2095 Дж

4190 Дж

8380 Дж

 Дж

16760 Дж

1 кг

°C

1 °C

2 °C

3 °C

4 °C

2 кг

°C

0,5 °C

1 °C

1,5 °C

2 °C

4 кг

°C

0,25 °C

0,5 °C

0,75 °C

1 °C

5 кг

°C

°C

°C

°C

°C

Подумай!

  • Сколько джоулей требуется для повышения температуры 10 кг  воды на 1 °C ?
  • Сколько джоулей теплоты выделяется при понижении температуры  1 кг  воды на  1 °C ?

Вещества накапливают тепловую энергию по-разному

Вещества по-разному сохраняют тепло. Например, вода накапливает большее количество энергии на единицу массы  ( 1  кг)  и температуры  ( 1 °C) , чем медь. Если на нагревание одного килограмма воды и одного килограмма меди будет потрачено одинаковое количество энергии ( 4190  Дж ) ,  то температура воды увеличится лишь на 1 °C ,  а температура меди повысится на 10 °C .  Медь лучше нагревается, ее частицы начинают двигаться быстрее (температура повышается). Это, в свою очередь, позволяет быстрее отдавать энергию движения частиц, т. е. вещество и остывает быстрее. Вода же не нагревается до столь высокой температуры, но остывает медленнее. Свойство воды сохранять тепловую энергию важно как в природе, так и в технике. Вода составляет более половины массы человеческого тела, что позволяет организму поддерживать одинаковую температуру как на холоде, так и в тепле. В технике для предотвращения перегрева компьютерных чипов и автомобильных двигателей используется водяное охлаждение. Накапливание тепла важно при выборе камней для каменки: они должны сохранять как можно больше тепловой энергии. В этом случае баня будет дольше нагреваться, но и медленнее остывать.

Различные вещества с одинаковой массой и температурой при получении одинакового количества энергии нагреваются по-разному.

Тепловая энергия больше у вещества 

Тепловая энергия больше у вещества 

Подумай!

  • Как свойство воды сохранять большое количество тепловой энергии влияет на климат в прибрежных районах?
  • Выясни, для измерения какой физической величины использовалась калория ( 1  кал ) .

Основные понятия

  • Тепловая энергия – сумма энергий движения всех частиц вещества.
  • Тепловое равновесие – ситуация, когда температура рассматриваемых веществ не меняется.
  • Количество теплоты – количество энергии, переносящейся с теплого тела на более холодное.
Өтінемін күте тұрыңыз