Унутраная энергія рэчывы

Каб адказаць на пытанне, што такое ўнутраная энергія, давайце ўспомнім прыклад, які прыводзіў школьны выкладчык, тлумачачы сэнс кінетычнай і патэнцыяльнай энергій. Калі казаць простай мовай, то першая з іх - гэта энергія перамяшчэння, якой валодае любы рухаецца цела, а другая - нерэалізаваная здольнасць выканаць якую-небудзь працу. Прычым абедзве гэтыя энергіі здольныя «перацякаць» адна ў іншую.

Давайце скарыстаемся прыкладам. На пластычнай паверхні (свінцовы ліст) знаходзіцца цяжкі металічны шар. Возьмем яго і падымем на вышыню выцягнутай рукі. Пакуль ён рухаўся да верхняй кропцы, яго кінэтычная энергія памяншалася, а патэнцыйная ўзрастала, дасягнуўшы свайго максімуму ў момант прыпынку. Але вось мы адпускаем шар, і ён пад дзеяннем гравітацыі накіроўваецца ўніз. Што адбываецца ў гэты момант? Вельмі проста: патэнцыйная (назапашаная) энергія пераўтворыцца ў паскоранае рух. Так адбываецца да таго часу, пакуль шар не ўпадзе на паверхню і не спыніцца (менавіта таму ў прыкладзе мы ўзялі пластычную аснову). На першы погляд можа здацца, што энергія шара знікла, аднак гэта не так, бо ўнутраная энергія павялічылася. Калі ўважліва агледзець месца падзення, то там бачная ўвагнутасць ў метале, ды і шар дэфармаваўся (асабліва, калі ён таксама свінцовы). Акрамя таго, у месцы судотыку выдзелілася цёпла.

Што пры гэтым адбываецца на малекулярным узроўні ў структуры металу? Малекулы, якія ўтвараюць матэрыял, аб'яднаныя адзін з адным сіламі ўзаемнага прыцягнення і адштурхвання. Дэфармацыя выклікае зрушэнне некаторых з іх, у выніку чаго змяняецца агульная ўнутраная энергія. Гэтыя часціцы незаўважныя воку, але таксама валодаюць кінетычнай і патэнцыяльнай энергіямі. Зрушэння ва ўнутранай структуры з-за падзення паведамляе дадатковую энергію малекулам. Унутраная энергія абумоўлена ўзаемадзеяннем часціц, таму існуе заўсёды. Гэта адна з характарыстык матэрыі. Унутраная энергія - гэта сума патэнцыйнай і кінэтычнай, уласцівая ўсім малекулам і атама дадзенага цела.

Існуе формула разліку. Важны момант - такі спосаб падыходзіць толькі для разліку ідэальнага газу. У ім патэнцыйная энергія

F = (I / 2) * (m / M) * T * R,

дзе I - каэфіцыент ступеняў свабоды. Тут ўлічваецца толькі колькасць малекул m і навакольнае тэмпература T. У рэальных газавых асяроддзях дадаткова трэба прадугледжваць займаны аб'ём, ціск і структуру саміх малекул.

Кажучы аб узаемным ператварэнні відаў энергіі нельга не пазначыць Ю. Р. Майера. Будучы карабельным лекарам, ён звярнуў увагу на адрозненне інтэнсіўнасці расфарбоўкі крыві ў матросаў і жыхароў халоднай краіны. Пасля менавіта ён паказаў на адно з галоўных уласцівасцяў энергіі - яе сталасць. Яна нікуды не знікае, а толькі пераўтворыцца ў іншыя віды, пры гэтым сумарная значэнне захоўваецца нязменным.

Унутраная энергія вады таксама падпарадкоўваецца агульным законам. Да прыкладу, маракам добра вядома, што пасля якая прайшла буры тэмпература вады за бортам карабля заўсёды вышэй, чым да яе. Гэта адбылося дзякуючы таму, што атмасферны фронт паведаміў частку сваёй энергіі масе вады, нагрэў яе. Іншы прыклад, з якім кожны чалавек сутыкаецца штодня - гэта кіпячэнне. Дастаткова паставіць ёмістасць з вадой на пліту і ўключыць газ, як унутраная энергія вадкасці пачынае ўзрастаць. Малекулы атрымліваюць дадатковы імпульс, хуткасць іх руху ўзрастае. Адпаведна, колькасць узаемных соударений таксама становіцца больш. Але калі прыбраць крыніца знешняй тэмпературы, то вада астыне не адразу. Гэта адбываецца з-за назапашанай у руху часціц ўнутранай энергіі. Дарэчы, працэс астывання таксама ўяўляе сабой праява закону захавання: навакольны паветра награваецца і пашыраецца, здзяйсняючы працу.