Најважније из лекције
Термометри: Течни (ширење алкохола или живе) и биметални (различито топлотно ширење два спојена метала савијена у спиралу).
Унутрашња енергија (\(U\)): Збир кинетичке енергије хаотичног кретања и потенцијалне енергије узајамног деловања свих молекула тела. Код гасова се потенцијална енергија занемарује, па је \(U\) једнака само збиру кинетичких енергија свих молекула.
Фактори од којих зависи \(U\):
Унутрашња енергија (\(U\)): Збир кинетичке енергије хаотичног кретања и потенцијалне енергије узајамног деловања свих молекула тела. Код гасова се потенцијална енергија занемарује, па је \(U\) једнака само збиру кинетичких енергија свих молекула.
Фактори од којих зависи \(U\):
- Температура: Виша апсолутна температура \(\implies\) брже кретање честица \(\implies\) већа унутрашња енергија.
- Маса тела: Већа маса \(\implies\) већи број честица \(\implies\) већа укупна унутрашња енергија.
Термометри са течношћу: За мерење температуре користе особину течности да се равномерно шири при загревању.
У течним термометрима најчешће се користи обојени алкохол. Раније се користила жива (течна од \(-38\ ^\circ\text{C}\) до \(350\ ^\circ\text{C}\), не лепи се за стакло), али је због своје токсичности избачена из свакодневне употребе.
Биметални термометри: Садрже траку састављену од два различита метала, савијену у облику спирале и повезану са казаљком.
Због различитог топлотног ширења спојених метала, биметална спирала се при загревању увија (помера казаљку у једном смеру), а при хлађењу одвија (помера казаљку у супротном смеру). Користе се у бојлерима, фрижидерима и системима грејања.
Зашто се жива више не препоручује за употребу у кућним термометрима иако има добра физичка својства за мерење температуре?
Одговор: Жива је токсичан метал који загађује животну средину и представља опасност по здравље људи у случају оштећења или разбијања термометра.
Унутрашња енергија физичког тела јесте збир кинетичких и потенцијалних енергија свих његових молекула.
Кинетичка енергија молекула потиче од њиховог непрекидног топлотног кретања.
Потенцијална енергија молекула потиче од њиховог међусобног узајамног деловања (привлачних и одбојних сила).
Код гасова су молекули на великим растојањима, па је њихово међусобно деловање занемарљиво (потенцијална енергија је приближно једнака нули). Због тога је унутрашња енергија гаса једнака збиру кинетичких енергија свих његових молекула.
Од чега зависи потенцијална, а од чега кинетичка енергија честица у неком телу?
Одговор: Кинетичка енергија потиче од кретања честица (брзине њиховог хаотичног кретања), док потенцијална енергија потиче од међусобног деловања и растојања између честица.
Унутрашња енергија је пропорционална температури тела израженој у апсолутној (Келвиновој) скали: са порастом температуре расте и брзина кретања молекула, па расте и њихова унутрашња енергија.
Зависност од масе: Тело веће масе садржи већи број молекула. Чак и када су два тела од исте супстанције на истој температури, тело веће масе имаће већу укупну унутрашњу енергију.
Ако загрејемо одређену количину гаса у затвореној посуди, шта се дешава са средњом брзином молекула и унутрашњом енергијом тог гаса?
Одговор: Са повећањем температуре, брзина кретања молекула се повећава, што доводи до повећања кинетичке енергије честица, а самим тим расте и укупна унутрашња енергија гаса.
Унутрашња енергија тела није стална и може се мењати на два основна начина:
Вршењем механичког рада: Механичким деловањем на тело (трењем, ударцима, мешањем) повећава се унутрашња енергија и температура тела.
Топлотним преносом (загревањем): Довођењем топлоте из спољашњег извора (нпр. загревањем пламеном горионика) тело апсорбује енергију и његова температура расте.
Примери повећања унутрашње енергије вршењем рада:
- Ударање чекићем о метал или каменом о камен доводи до загревања на месту удара.
- Трљање штапа о даску ствара толико трење и топлоту да може запалити дрво.
Наведите пример како се унутрашња енергија воде може повећати механичким радом, а како довођењем топлоте.
Одговор: Механичким радом: дуготрајним и интензивним мешањем воде. Довођењем топлоте: постављањем посуде са водом на пламен горионика или електричну ринглу.
Задаци за вежбање
Лак: Како се дефинише унутрашња енергија тела и од којих врста енергија честица се састоји?
Унутрашња енергија је укупна енергија свих честица (молекула и атома) од којих је тело сачињено. Састоји се од кинетичке енергије њиховог кретања и потенцијалне енергије њиховог међусобног узајамног деловања.
Средњи: У две исте чаше налази се вода: у првој чаши је \(100\text{ ml}\) воде на температури од \(80\ ^\circ\text{C}\), а у другој \(200\text{ ml}\) воде на истој температури од \(80\ ^\circ\text{C}\). Која чаша воде има већу унутрашњу енергију? Образложите одговор.
Већу унутрашњу енергију има \(200\text{ ml}\) воде.
Образложење: Иако је температура иста (што значи да је просечна кинетичка енергија појединачних молекула једнака), унутрашња енергија је збирна енергија свих молекула. Чаша са \(200\text{ ml}\) воде има дупло већу масу и дупло више молекула, па је и збир њихових енергија већи.
Образложење: Иако је температура иста (што значи да је просечна кинетичка енергија појединачних молекула једнака), унутрашња енергија је збирна енергија свих молекула. Чаша са \(200\text{ ml}\) воде има дупло већу масу и дупло више молекула, па је и збир њихових енергија већи.
Тежак: Објасните принцип рада биметалног термометра. Шта се догађа са биметалном траком приликом загревања, а шта приликом хлађења и због чега?
Биметална трака састоји се од два различита метала чврсто спојена један за други. Пошто различити метали имају различито топлотно ширење при истој промени температуре:
- При загревању: метал који се више шири приморава спиралу да се увија, чиме се казаљка помера у смеру више температуре.
- При хлађењу: метал се више скупља, спирала се одвија и казаљка се помера у супротном смеру.
