VNITŘNÍ ENERGIE TĚLESA

17. února 2013 VY_32_INOVACE_170302_Vnitrni_energie_telesa_DUM

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

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]

Vnitřní energie

dále

Tepelný pohyb částic

• částice se neustále a neuspořádaně pohybují

• tento pohyb se nazývá Brownův pohyb

• důkazem pohybu je difuze

Vnitřní energie

další kapitolazpět na obsah

Obr.1

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

Změna vnitřní energie konáním práce

dále

Přehřátí brzd u letadla

Zadřené ložisko u lokomotivy

• u nadzvukových letadel v důsledku odporu vzduchu

• při pádu meteoritu nebo při pohybu umělých družic

• v tepelných motorech

Změna vnitřní energie konáním práce

další kapitolazpět na obsah

Obr.2

Pád meteoritu v Rusku

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.

Změna vnitřní energie tepelnou výměnou

dále

odpověď

Částice lžičky, které nejsou v kontaktu s čajem získávají energii postupně díky nárazům částic lžičky ponořených v čaji. Tepelná energie se postupně šíří lžičkou a vnitřní energie se zvyšuje.

Obr.3

Seřaďte látky podle tepelné vodivosti (začněte s nejméně vodivou látkou)

Změna vnitřní energie tepelnou výměnou

dále

dřevo

voda

vzduch

železo

kámen

odpověď

Nejméně vede teplo vzduch, používá se jako tepelná izolace.

Dřevo je také dobrý izolant, používáme ho např. při vaření.

Voda je špatný vodič tepla.

Kámen je spíše vodič než izolant. V kamenných domech je v zimě zima.

Železné předměty se snadno ohřejí, jsou dobrými vodiči tepla.

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.

Změna vnitřní energie tepelnou výměnou

dále

K izolaci se používají materiály:

suché dřevo, textilie, písek, cihly, skelná vata, polystyren, sypké pórovité látky.

Změna vnitřní energie tepelnou výměnou

dále

Tepelná vodivost na Wikipedii

Obr.4 Obr.5

Proč se za pokojové teploty zdají kovové předměty studenější než dřevěné? Co bychom cítili, kdyby teplota v

místnosti přesahovala 45°C?

Změna vnitřní energie tepelnou výměnou

dále

odpověď

Při dotyku rukou kovové předměty, které mají větší tepelnou vodivost, odvedou teplo z ruky. Na ruce cítíme chlad. Při teplotě místnosti 45°C by kovové předměty byly teplejší než ruka, ohřívaly by ruku.

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)

Změna vnitřní energie tepelnou výměnou

dále

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.

Změna vnitřní energie tepelnou výměnou

dále

Obr.7Obr.6

Proč je během jasné noci větší zima, než když je zataženo?

Změna vnitřní energie tepelnou výměnou

dále

odpověď

Za jasné noci uniká záření do vesmíru a povrch Země se ochlazuje. Pokud je zataženo, mraky část záření odrážejí zpět a povrch Země se ochlazuje pomaleji.

Vysvětlete efekt propadajících se psích hovínek (větviček, kamínků) do sněhu v zimě za slunečného počasí.

Změna vnitřní energie tepelnou výměnou

dále

odpověďDochází k tomu, že tato tělíska pohlcují více slunečního záření a zahřívají se. Sníh pod nimi taje rychleji.

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.

Změna vnitřní energie tepelnou výměnou

dále

Vysvětlete, proč polévku při vaření většinou míchat nemusíme, ale u krupicové kaše je míchání nutné.

Změna vnitřní energie tepelnou výměnou

dále

odpověď

Polévka je tekutější a při zahřívání se vrstvy promíchávají prouděním z velké části samy. U kaše, která je hustší, nedochází k proudění a kaše se u dna připaluje.

Obr.8

Proč je topení v místnosti umístěno pod oknem?

Změna vnitřní energie tepelnou výměnou

dále

odpověď

U oken se ochlazuje vzduch, který pak klesá na topení, kde se ohřívá a stoupá vzhůru. V místnosti vzniká koloběh vzduchu, který pomáhá k stejnoměrnému vytopení místnosti.

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.

Změna vnitřní energie tepelnou výměnou

koneczpět na obsah

Proudění vzduchu na YouTube

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