1. Մեխանիկական էներգիայի ի՞նչ տեսակներ գիտեք: Բերեք օրինակներ:
Մեխանիկական էներգիան պոտենցիալ էներգիայի և կինետիկ էներգիայի գումարն է։ Գոյություն ունի մեխանիկական էներգիայի երկու տեսակ՝ շարժում (կինետիկ էներգիա) և կուտակված (պոտենցիալ էներգիա): Այն էներգիան, որը մարմինը տիրապետում է իր շարժման վիճակի պատճառով, կոչվում է կինետիկ էներգիա:
2.Ձևակերպեք էներգիայի պահպանման օրենքը:
Էներգիայի պահպանման օրենքը ասում է, որ էներգիան ոչ ստեղծվում է, ոչ էլ ոչնչացվում: Երբ մարդիկ օգտագործում են էներգիան, այն չի անհետանում: Էներգիան էներգիայի մի ձևից փոխվում է էներգիայի մեկ այլ ձևի:
3.Ինչպե՞ս է փոխվում որոշ բարձրությունից ընկնող գնդիկի էներգիան հենարանին (օրինակ գետնին) հարվածելուց հետո: Խախտվում է արդյոք էներգիայի պահպանման օրենքն այդ ժամանակ: Ինչու՞:
Երբ գնդակն ընկնում է գետնին, նրա գրավիտացիոն պոտենցիալ էներգիան վերածվում է կինետիկ էներգիայի: Գնդակի կինետիկ էներգիան կշարունակի աճել, քանի որ գնդակը թափ է հավաքում, մինչև այն վերջապես բախվի մակերեսին: Երբ գնդակը բախվում է, կինետիկ էներգիան վերածվում է էներգիայի այլ ձևերի:
4.Ինչո՞ւ է ընկնող գնդիկի հարվածից կապարե թիթեղի ջերմաստիճանը բարձրանում:
Կապարե թիթեղը հարվածից հետո ձերք է բերում ներքին էներգիա: Ներքին էներգիան կախված է մարմնի ջերմաստիճանից: Ներքին էներգիայի աճման ժամանակ աճում է նաև նրա ջերմաստիճանը:
5.Ի՞նչ է մարմնի ներքին էներգիան: Ինչից է կախված այն:
Մարմինը կազմող մասնիկների ջերմային շարժման կինետիկ և միմյանց հետ փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիաների գումարը կոչվում է մարմնի ներքին էներգիա:
6.Նկարագրեք մի քանի փորձ՝ ապացուցելու համար մարմնի ներքին էներգիայի գոյությունը:
Այս ամենը սխալ է, քանի որ գոյություն չունի ներքին էներգիա։
Ջերմաստիճանի փոփոխության չափում. Ամենահեշտ մեթոդներից մեկը նյութի ջերմաստիճանի փոփոխությունն է չափել ջերմության ավելացման կամ հեռացման ժամանակ: Դա կարելի է անել ջերմաչափի և կալորիմետրի միջոցով: Դիտարկելով ջերմաստիճանի փոփոխությունը՝ մենք կարող ենք եզրակացնել, որ էներգիան փոխանցվել է համակարգ կամ դուրս՝ ցույց տալով ներքին էներգիայի առկայությունը:
Կալորաչափություն. Կալորաչափությունը ներառում է կալորիմետրի օգտագործումը ֆիզիկական կամ քիմիական գործընթացի ընթացքում փոխանակվող ջերմությունը չափելու համար: Ճշգրիտ չափելով ջերմափոխանակությունը՝ մենք կարող ենք որոշել համակարգի ներքին էներգիայի փոփոխությունը։ Օրինակ, ռումբի կալորիմետրում վառելիքի հայտնի քանակի այրումը թույլ է տալիս չափել արտանետվող ջերմությունը՝ ապահովելով վառելիքի ներսում պահվող ներքին էներգիայի պատկերացում:
Ընդարձակման աշխատանք. Մեկ այլ մոտեցում ներառում է գազի կատարած աշխատանքի ուսումնասիրությունը, երբ այն ընդլայնվում է մշտական ճնշման դեմ: Դրան կարելի է հասնել մխոց-գլան տեղադրման միջոցով: Չափելով գազի ընդլայնման ժամանակ գործադրվող ուժը և մխոցի տեղաշարժը, մենք կարող ենք հաշվարկել կատարված աշխատանքը: Այս աշխատանքը գազի ներքին էներգիայի դրսեւորումն է, քանի որ այն առաջանում է գազի մոլեկուլների կինետիկ էներգիայից։
Ադիաբատիկ սեղմում/ընդլայնում. Ադիաբատիկ սեղմումը կամ ընդլայնումը վերաբերում է գործընթացին, որտեղ ջերմությունը չի փոխանակվում շրջակա միջավայրի հետ: Ուսումնասիրելով նման գործընթացները՝ կարելի է դիտարկել ջերմաստիճանի և ճնշման փոփոխություններ՝ մատնանշելով ներքին էներգիայի փոփոխություններ։ Սա կարելի է ցույց տալ՝ օգտագործելով մեկուսացված տարաներ կամ սարքեր, որտեղ ջերմափոխանակությունը նվազագույնի է հասցվում:
Փուլային փոփոխության փորձեր. փուլային անցումների դիտարկումը, ինչպիսին է հալումը կամ գոլորշիացումը, կարող է նաև ապահովել ներքին էներգիայի ապացույց: Օրինակ՝ չափելով ջերմության քանակությունը, որն անհրաժեշտ է սառույցի որոշակի զանգվածի հալման կետում հալեցնելու համար, ցույց է տալիս սառույցի ներսում պահվող էներգիան որպես ներքին էներգիա:
Ջերմային հաղորդունակության փորձեր. նյութի միջոցով ջերմության փոխանցման արագության ուսումնասիրությունը կարող է անուղղակիորեն տեղեկություններ բացահայտել դրա ներքին էներգիայի մասին: Ավելի բարձր ներքին էներգիա ունեցող նյութերը հաճախ ավելի բարձր ջերմային հաղորդունակություն են ցուցաբերում մոլեկուլային շարժման ավելացման պատճառով: Չափելով ջերմության փոխանցման արագությունը տարբեր նյութերի միջոցով՝ կարելի է եզրակացնել ներքին էներգիայի պարունակության տարբերությունները:
7.Բերեք օրինակներ, որոնք համոզում են, որ շփման կամ դիմադրության ուժերի առկայությամբ շարժվելիս փոխվում է մարմնի ֆիզիկական վիճակը:
Բլոկը մակերեսի վրա սահելը. Դիտարկենք փայտե բլոկը, որը տեղադրված է կոպիտ մակերեսի վրա: Երբ դուք ուժ եք կիրառում բլոկը սահեցնելու համար, շփումը հակադրվում է շարժմանը: Արդյունքում, բլոկը կարող է սկզբում հանգստանալ, բայց ուժը կիրառելուց հետո այն սկսում է շարժվել: Շփման ուժը, որը գործում է բլոկի վրա, հանգեցնում է դրա տաքացմանը՝ ցույց տալով նրա ֆիզիկական վիճակի փոփոխություն՝ շփման առկայության պատճառով:
Շարժվող մեքենայի արգելակում. Երբ մեքենան շարժման մեջ է, և արգելակները գործադրվում են, արգելակային բարձիկների և անիվների միջև շփումը ջերմություն է առաջացնում՝ կինետիկ էներգիան ջերմային էներգիայի վերածելու պատճառով: Այս ջերմությունը կարող է հանգեցնել արգելակների և շրջակա բաղադրամասերի տաքացմանը, ինչը ցույց է տալիս նրանց ֆիզիկական վիճակի փոփոխությունը ավելի սառնությունից դեպի ավելի տաք՝ ներգրավված շփման ուժերի պատճառով:
Ձեռքերն իրար քսելը. ձեռքերն իրար եռանդորեն շփելը նրանց միջև շփում է առաջացնում: Արդյունքում ձեր ձեռքերը տաքանում են մեխանիկական էներգիան (շարժումը) ջերմային էներգիայի (ջերմության) փոխակերպման պատճառով։ Ջերմաստիճանի այս փոփոխությունը ցույց է տալիս շփման արդյունքում առաջացած ֆիզիկական վիճակի փոփոխություն:
Հեղուկի խառնում. հեղուկը տարայի մեջ խառնելիս հեղուկի և հարիչ սարքի միջև շփումը հանգեցնում է հեղուկի շարժմանը: Այս շարժումը կարող է հանգեցնել հեղուկի ներսում մասնիկների բաշխման փոփոխության՝ ազդելով դրա մածուցիկության և այլ հատկությունների վրա: Հեղուկի և տարայի միջև շփումը կարող է նաև ջերմություն առաջացնել՝ հանգեցնելով հեղուկի ֆիզիկական վիճակի փոփոխության:
Ճոճանակի դանդաղեցում. ճոճվող ճոճանակն աստիճանաբար կանգ է առնում խոնավացնող ուժի պատճառով, սովորաբար շփման ուժեր, ինչպիսիք են օդի դիմադրությունը կամ շփումը առանցքի կետում: Քանի որ ճոճանակը դանդաղում է, նրա կինետիկ էներգիան նվազում է, և այդ էներգիան ցրվում է որպես ջերմություն, ինչը հանգեցնում է ճոճանակի և նրա շրջակայքի ֆիզիկական վիճակի փոփոխության:
8.Ի՞նչն է բնութագրում մեխանիկական էներգիայի փոփոխությունը:
Մեխանիկական էներգիայի փոփոխությունը սովորաբար ներառում է փոխակերպում կինետիկ էներգիայի (կապված շարժման հետ) և պոտենցիալ էներգիայի միջև (կապված դիրքի կամ կազմաձևման հետ): Այս փոխակերպումը կառավարվում է ֆիզիկական օրենքներով, ինչպիսին է էներգիայի պահպանումը, որտեղ մեխանիկական էներգիան մնում է հաստատուն արտաքին ուժերի բացակայության դեպքում:
9.Նկարագրեք փորձ, որտեղ ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց մեծանում է մարմնի ներքին էներգիան:
Պարզ փորձի ժամանակ մետաղական ձողը կարող էր աստիճանաբար տաքացնել՝ օգտագործելով Բունզենի այրիչը՝ միաժամանակ վերահսկելով դրա ջերմաստիճանը ջերմաչափով: Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մետաղական ձողի ներքին էներգիան մեծանում է, ինչը վկայում է նրա ջերմաստիճանի համապատասխան բարձրացումը: Սա ցույց է տալիս անմիջական կապը մարմնի ջերմաստիճանի և ներքին էներգիայի միջև:
10.Օրինակներով կամ փորձի նկարագրությամբ հաստատել, որ աշխատանք կատարելով կարելի է փոխել մարմնի ներքին էներգիան:
Անշուշտ, տարբեր միջոցներով հնարավոր է փոխել մարմնի ներքին աշխատանքը։ Օրինակ՝ վարժությունը փոխում է մկանների ուժը և սրտանոթային ֆունկցիան, մինչդեռ սննդակարգի փոփոխություններն ազդում են նյութափոխանակության և սննդանյութերի կլանման վրա:
11.Ի՞նչ է ջերմահաղորդումը: Կարելի է ջերմահաղորդումը համարել էներգիայի փոխակերպում: Ինչու՞:
Ջերմային փոխանցումը ներառում է ջերմային էներգիայի փոխակերպումը մեկ առարկայից կամ նյութից մյուսին: Այս գործընթացը սովորաբար ներառում է էներգիայի փոխանցում ավելի բարձր ջերմաստիճան ունեցող տարածաշրջանից ավելի ցածր ջերմաստիճանի շրջան, ինչը հանգեցնում է համակարգի ներքին էներգիայի փոփոխության:
12.Մարմնի ներքին էներգիան մեծացել է 10 Ջ-ով: Ինչ եք կարծում ջերմահաղորդմամբ, թե աշխատանք կատարելու միջոցով է տեղի ունեցել ներքին էներգիայի այդ աճը:
«Մարմնի ներքին էներգիան ավելացել է 10 Ջ-ով» արտահայտությունը ցույց է տալիս, որ մարմինը ստացել է 10 ջոուլ էներգիա։ Դա կարող է պայմանավորված լինել տարբեր գործոններով, ինչպիսիք են ջերմության կլանումը, մարմնի վրա կատարված աշխատանքը կամ մարմնի ներսում քիմիական ռեակցիաները: Ներքին էներգիայի աճը ենթադրում է նրա մոլեկուլների կինետիկ էներգիայի բարձրացում կամ համակարգի ներսում պոտենցիալ էներգիայի ավելացում։
13.Տաք ջուրը խառնել են սառը ջրին: Ինչո՞ւ է խառնուրդի ջերմաստիճանը բարձր սառը ջրի ջերմաստիճանից, բայց ցածր՝ տաք ջրի ջերմաստիճանից: Բացատրեք՝ հիմնվելով մոլեկուլային-կինետիկ տեսության դրույթների վրա:
Խառնուրդի ջերմաստիճանը ավելի բարձր է, քան սառը ջրի ջերմաստիճանը, բայց ավելի ցածր է, քան տաք ջրի ջերմաստիճանը ջերմային հավասարակշռության որոնման պատճառով: Համաձայն մոլեկուլային-կինետիկ տեսության՝ տաք ջրի մոլեկուլներն ունեն ավելի բարձր միջին կինետիկ էներգիա, քան սառը ջրում: Խառնվելուց հետո մոլեկուլների միջև բախումները փոխանցում են կինետիկ էներգիա՝ բարձրացնելով խառնուրդի ջերմաստիճանը՝ միաժամանակ սառեցնելով տաք ջուրը և տաքացնելով սառը ջուրը մինչև հավասարակշռության հասնելը:
14.Հնարավո՞ր է արդյոք ջերմափոխանակում սառույցի և ջրի միջև, եթե երկու նյութերի ջերմաստիճանն էլ 0C: Բացատրեք ինչու:
Այո, սառույցի և ջրի միջև ջերմափոխանակությունը հնարավոր է, նույնիսկ եթե երկու նյութերը գտնվում են 0°C ջերմաստիճանում: Դա պայմանավորված է նրանով, որ միայն ջերմաստիճանը չի որոշում ջերմության հոսքի ուղղությունը. ավելի շուտ, ջերմությունը հոսում է ավելի բարձր ջերմաստիճան ունեցող շրջաններից դեպի ավելի ցածր ջերմաստիճան ունեցող շրջաններ: Հետևաբար, եթե սառույցը և ջուրը շփվեն, ջերմությունը դեռ կհոսի ջրից (որը կարող է մի փոքր ավելի տաք լինել) դեպի սառույց մինչև ջերմային հավասարակշռության հասնելը: