Transcript VY_32_INOVACE_170302_Vnitrni_energie_telesa_DUM

17. února 2013
VY_32_INOVACE_170302_Vnitrni_energie_telesa_DUM
VNITŘNÍ ENERGIE
TĚLESA
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Miroslava Víchová.
Obchodní akademie a Střední odborná škola logistická, Opava, příspěvková organizace.
Materiál byl vytvořen v rámci projektu OP VK 1.5 – EU peníze středním školám,
registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0809.
1. Vnitřní energie
2. Změna vnitřní energie tělesa prací
3. Změna vnitřní energie tepelnou
výměnou
Vnitřní energie
Každé těleso, i když na něj nepůsobí žádné vnější síly, má určitou vnitřní
energii. Těleso se skládá z částic, které se neustále pohybují a jsou v určité
poloze.
Vnitřní energie
• součet především celkové kinetické a potenciální energie částic, molekul
nebo atomů (může se jednat i o energii elektrickou nebo chemickou)
• je stavová veličina
• je tím větší, čím vyšší je teplota tělesa
• pokud je vyšší teplota tělesa, pohybují se částice rychleji
• značí se U a jednotkou je joule [J]
dále
Vnitřní energie
Tepelný pohyb částic
• částice se neustále a neuspořádaně pohybují
• tento pohyb se nazývá Brownův pohyb
• důkazem pohybu je difuze
Obr.1
zpět na obsah
další kapitola
Změna vnitřní energie konáním práce
Ke změně vnitřní energie dochází konáním práce, tepelnou výměnou nebo
látkovou výměnou.
Změna energie konáním práce probíhá:
• při rozdělávání ohně třením
• při obrábění kovů
• při tření čepů v ložisku
• při mletí kávy
Zadřené ložisko u lokomotivy
Přehřátí brzd u letadla
dále
Změna vnitřní energie konáním práce
• u nadzvukových letadel v důsledku odporu vzduchu
• při pádu meteoritu nebo při pohybu umělých družic
• v tepelných motorech
Obr.2
Pád meteoritu v Rusku
zpět na obsah
další kapitola
Změna vnitřní energie tepelnou výměnou
Tato výměna může probíhat vedením, zářením nebo prouděním.
Tepelná výměna vedením (kondukcí)
Do horkého čaje dáme nerezovou lžičku, po malé chvilce se zahřeje i část
lžičky, která není ponořená v čaji. Vysvětlete tento jev.
Obr.3
Částice lžičky, které nejsou v
kontaktu s čajem získávají
energii postupně díky nárazům
částic lžičkyodpověď
ponořených v čaji.
Tepelná energie se postupně šíří
lžičkou a vnitřní energie se
zvyšuje.
dále
Změna vnitřní energie tepelnou výměnou
Seřaďte látky podle tepelné vodivosti (začněte s nejméně vodivou látkou)
železo
kámen
Nejméně vede teplo vzduch,
používá se jako tepelná izolace.
Dřevo je také dobrý izolant,
používáme ho např. při vaření.
Voda je špatný vodič tepla.
odpověď
voda
Kámen je spíše vodič než
izolant. V kamenných domech je
v zimě zima.
vzduch
Železné předměty se snadno
ohřejí, jsou dobrými vodiči tepla.
dřevo
dále
Změna vnitřní energie tepelnou výměnou
Tepelná vodivost
Ze všech látek vedou nejlépe teplo kovy. Ideálně pak kovy čisté (Ag, Cu,
Al, W). Kovy, které vedou dobře teplo, vedou dobře i elektrický proud.
Tato vlastnost kovů se využívá v technice (kovová chladící tělesa,
elektrický vařič, kovové radiátory, stěna parního kotle).
Vodivost kovů lze vysvětlit jejich stavbou. Rozkmitání jednoho atomu se
rychle přenáší na sousední atomy. Kovy obsahují volné elektrony, ty se
mohou pohybovat volněji a přenášet energii rychle do větších
vzdáleností.
Ostatní pevné látky jsou špatnými vodiči s výjimkou grafitu. Plyny a
kapaliny špatně vedou teplo, používají se jako izolanty. Ideálním
izolantem je vakuum.
dále
Změna vnitřní energie tepelnou výměnou
K izolaci se používají materiály:
suché dřevo, textilie, písek, cihly, skelná vata, polystyren, sypké pórovité
látky.
Obr.4
Obr.5
Tepelná vodivost na Wikipedii
dále
Změna vnitřní energie tepelnou výměnou
Proč se za pokojové teploty zdají kovové předměty
studenější než dřevěné? Co bychom cítili, kdyby teplota v
místnosti přesahovala 45°C?
Při dotyku rukou kovové předměty, které mají
větší tepelnou vodivost, odvedou teplo z ruky.
Na ruce cítíme chlad.
Při teplotě místnosti
odpověď
45°C by kovové předměty byly teplejší než
ruka, ohřívaly by ruku.
dále
Změna vnitřní energie tepelnou výměnou
Tepelná výměna zářením (sáláním)
Mezi
dvěma
tělesy
dochází
k
vyzařování
nebo
pohlcování
elektromagnetického záření. Tento děj je podmíněn tepelným pohybem
atomů a molekul. Při vysílání tepelného záření se vnitřní energie tělesa
zmenšuje.
Při dopadu záření na druhé těleso se záření může:
• odrážet (např. od lesklé kovové plochy, zvýšení teploty tělesa je malé)
• procházet (teplota tělesa se nezvýší)
• pohlcovat (např. tmavou drsnou plochou, těleso se zahřívá)
dále
Změna vnitřní energie tepelnou výměnou
K popisu záření tělesa se zavádí pojem absolutně černé těleso. Je to těleso,
které veškeré záření pohltí. Lze ho realizovat jako černý prostor s malým
otvorem. Záření při vstupu do otvoru se několikrát odrazí, a proto se téměř
všechno záření pohltí.
Obr.6
Obr.7
dále
Změna vnitřní energie tepelnou výměnou
Proč je během jasné noci větší zima, než když je zataženo?
Za jasné noci uniká záření do
vesmíru a povrch Země se ochlazuje.
Pokud je zataženo,
odpověď
mraky část záření
odrážejí zpět a povrch Země se
ochlazuje pomaleji.
dále
Změna vnitřní energie tepelnou výměnou
Vysvětlete efekt propadajících se psích hovínek (větviček,
kamínků) do sněhu v zimě za slunečného počasí.
Dochází k tomu, že tato tělíska pohlcují
více slunečníhoodpověď
záření a zahřívají se.
Sníh pod nimi taje rychleji.
dále
Změna vnitřní energie tepelnou výměnou
Změna vnitřní energie proudění
Při ohřevu plynu nebo kapaliny vzniká proudění.
Chladnější kapalina nebo plyn má větší hustotu a klesá v
tíhovém poli dolů. Dochází k vytlačování teplejších vrstev
vzhůru. Proudící tekutina přenáší tekutinu z teplejších
míst do chladnějších.
dále
Změna vnitřní energie tepelnou výměnou
Vysvětlete, proč polévku při vaření většinou míchat
nemusíme, ale u krupicové kaše je míchání nutné.
Obr.8
Polévka je tekutější a při
zahřívání se vrstvy promíchávají
prouděním zodpověď
velké části samy. U
kaše, která je hustší, nedochází k
proudění a kaše se u dna
připaluje.
dále
Změna vnitřní energie tepelnou výměnou
Proč je topení v místnosti umístěno pod oknem?
U oken se ochlazuje vzduch, který pak
klesá na topení, kde se ohřívá a
stoupá vzhůru.
odpověď
V místnosti vzniká
koloběh vzduchu, který pomáhá k
stejnoměrnému vytopení místnosti.
dále
Změna vnitřní energie tepelnou výměnou
Tepelná výměna prouděním má široké uplatnění v přírodě
a technice. Lze pomocí ní vysvětlit řadu jevů v ovzduší.
Proudění se také uplatňuje u tahu komínů.
Proudění vzduchu na YouTube
zpět na obsah
konec
POUŽITÁ LITERATURA
ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus,
2003. ISBN 80-7196-223-6
CITACE ZDROJŮ
Obr.1 A.GREG. File:Translational motion.gif: Wikimedia Commons [online]. 14 August 1995 [cit.
2013-02-17]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6d/Translational_motion.gif
Obr.2 PAOLA-CASTILLO. File:Paola-Castillo.jpg: Wikimedia Commons [online]. 18 October 2012
[cit. 2013-02-17]. Dostupné pod licenci Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/29/Paola-Castillo.jpg
Obr.3 SANDSTEIN. File:Turkish tea with sugar and spoon.jpg: Wikimedia Commons [online]. 8 July
2010 [cit. 2013-02-17]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c5/Turkish_tea_with_sugar_and_spoon.jpg
Obr.4 D-KURU. Soubor:Rockwool cubes-inlay PNr°0091.jpg: Wikimedia Commons [online]. 11
October 2008 [cit. 2013-02-17]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c3/Rockwool_cubes-inlay_PNr%C2%B00091.jpg
Obr.5 RADOMIL. Soubor:Pustaki ceramiczne.jpg: Wikimedia Commons [online]. 19 February 2004
[cit. 2013-02-17]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/56/Pustaki_ceramiczne.jpg
Obr.6 SANCHOM. Soubor:Canwest Place.jpg: Wikimedia Commons [online]. 22 July 2008 [cit.
2013-02-17]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1b/Canwest_Place.jpg
CITACE ZDROJŮ
Obr.7 BREWS OHARE. File:Black-body realization.png: Wikimedia Commons [online]. 28 January
2012 [cit. 2013-02-7]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/08/Black-body_realization.png
Obr.8 LUDEK. Soubor:Bramboracka.jpg Skočit na: Navigace, Hledání: Wikimedia Commons
[online]. 3 February 2008 [cit. 2013-02-17]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Bramboracka.jpg
Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010.
Děkuji za pozornost.
Miroslava Víchová