ІШКІ ӘНЕРГИЯ

1.3.  ІШКІ  ӘНЕРГИЯ

•Механикада қозғалыстағы дененің кинетикалық энергиясы дененің массасы мен оның қозғалысының жылдамдығына байланысты.
•Дененің потенциалдық энергиясы — дененің немесе дене бөлшектерінің  өзара  орналасуына  байланысты. Жүйенің ішінде энергия тек қана бір денеден екіншісіне беріліп немесе бір түрден екінші түрге өте алады. Алайда
үйкеліс күші әсер етпейтін денелердің тұйықталған жүйесінде толық  механикалық  энергия  өзінің  мәнін  өзгеріссіз  сақтайды:

W=Ek +Eп=const

• Энергияның қандай да бір түріне ие болатын денелер белгілібір  жұмыс  атқара  алады.
• Жұмыстың орындалу есебінен дененің энергиясы кемиді. Дененің энергиясының бұл өзгерісі дененің атқаратын жұмысының  шамасына   тең.

Жоғары лақтырылған денені қарастырайық. Жоғары лақтырылған дененің кинетикалық энергиясының кемуі, оның потенциалдык энергиясының артуы есебінен болады. Дененің ең биікке көтерілу нүктесінде, дененің барлық кинетикалық энергиясы толығымен потенциалдық энергияға айналады. Содан кейін дене төмен қарай түсе бастайды, онда кері процесс жүріп, дененің потенциалдық энергиясы кинетикалық энергияға айналады. Бұл кезде дененің толық механикалық энергиясы өзгермейді. Денеге сығылған серіппе әсер еткенде де осыған ұқсас жағдайды бақылауға болады.

    Үйкеліс күшінің болмауынан және тек серпімділігі пен тартылыс күштерінің әрекетінен денелердін немесе денелер жүйесінің потенциалдық және кинетикалық энергияларының қосындысы    барлық жағдайда тұрақты болатынын тәжірибелер мен есептеулер   көрсетті.

Энергияның айналуына тағы да бір мысал қарастырайық.
В қорғасын тақтаның бетінен Н биіктікке А корғасын жүгі көтеріледі. Бұл кезде оған потенциалдық энергия беріледі. Жүкті өзінің ең биік қалпында (16, а-сурет), тақтаға қатысты максимал потенциалдық энергияға ие болады. Келесі мезетте Ажүк құлай бастайды.Бұл уақыт мезетінде оның потенциалдық энергиясы біртіндеп кемиді, өйткені жүк төмендей бастайды,бірақ бұл кезде оның кинетикалық энергиясы артады.

Керісінше, А корғасын жүк В корғасын тақтаға соғылғанда кинетикалық энергияның потенциалдық энергияға және керісінше ауысуы болмайды. А жүгінің толық механикалық энергиясы нөлге тең болады.

Бұл жағдайда энергияның сақталу заңы орындалмады деп айтуға бола ма? Жоқ, болмайды. Бұл серпімсіз денелердің соқтығысуы кезінде серпімсіз деформацияның пайда болуы энергияның сақталу заңының «бұзылып» көріну себебі болады. Ол жүк пен тақта материалының өзінде пайда болады. Сонымен қатар соқтығысудың нәтижесінде жанасқан денелердің беттері қызытыны жай қолмен ұстаған кезде-ақ байқалады. Басқаша   айтқанда,   қорғасын   жүктің   қорғасын таға соғылуынан кинетикалық энергия жойылмайды, ол тек затты   құрайтын   бөлшектердің   (атомның,   молекуланың)   өзара  әкеттесу және қозғалыс энергияларына түрленеді. Бұған көптеген мысалдар келтіруге болады.

Қызу мен деформация құлап келе жатқан қорғасын жүктің потенциалдық энергиясының азаюы салдарынан, екі дене күйлерінің өзгеретінін білдіреді.
Үйкелетін және соғылатын денелер қызады: көлік доңғалақтарының осьтері, өте жылдам ұшып бара жатқан оқ, арамен кесілген отын. Шегені балғамен бірнеше рет ұрғанда — шегенің қызғанын, ал сымды бүгіп және жазғанда, иілген жерінің қызғанын сеземіз. Жер атмосферасына үлкен жылдамдықпен аспан денелері — метеориттер енгенде, айтарлықтай қызу процесі жүреді. Метеориттердің массасы — бірнеше килограмнан бірнеше тоннаға дейін болады, олар реактивті ұшақтардың жылдамдығынан жүздеген есе артық жылдамдықпен ұшатындай өте үлкен кинетикалық энергияға ие болады. Жер атмосферасына енгенде, олар әрі қарай ауамен үйкеле отырып, бірнеше ондаған мың градус температураға дейін қызады. Көптеген аса ірі емес метеориттер толық жанып, буланып кетеді. Біз, оларды Жерден қарағанда, аспандағы ағып түскен жұлдыздар ретінде көреміз. Аса ірі метеориттер атмосферада толық жанбайды, олар жерге құлайды. Жер атмосферасының тығыз қабаттарына енгенде, ұшу аппараттары да қатты қызады. Осы құбылысты Жерден ұшырылатын ғарыштық зымыран аппараттарын, реактивті ұшақтардың қаптамасын жасағанда міндетті түрде ескереді.

II. Жоғарыда аталған жағдайлардың барлығында дененің механикалық энергиясының бір бөлігі (тартылыстың немесе серпімділіктің потенциалдық энергиясы немесе қозғалыстың кинетикалық энергиясы) оның күйіне байланысты болатын энергияға түрленеді. Механикалық энергиядан өзгеше, оны дененің ішкі энергиясы деп атайды.
Газдың молекулалары мен атомдары үздіксіз ретсіз қозғалыста болады және олардың арасындағы өзара әрекеттесу күштерінің шамасы өте аз. Газдардың ішкі энергиясы дегенде, оның бөлшектері қозғалысының кинетикалық энергиясын айтады.

Сұйықтар мен қатты денелердің молекулалары мен атомдары ілгерілмелі қозғалыс жасайды және өзара әрекеттеседі. Сондықтан сұйықтардың, қатты заттардың және газдардың ішкі энергиясы олардың бөлшектері қозғалысының бір мезгілде кинетикалық бірде  потенциалдық энергияларын түсінеміз.

  Дененің ішкі энергиясы деп денені құрайтын бөлшектердің ретсіз қозғалысының   энергиясы   мен олардың өзара әрекеттесу энергиясын   айтады.

Дәлірек айтқанда, ішкі энергияға, сонымен қатар дене ішіндегі
бөлшектер қозғалысының басқа да түрлеріне байланысты энергияны жатқызады,  олар: химиялық энергия, атом энергиясы,  ядроның ішкі энергиясы. Бірақ молекулалық физика мен термодинамикада жылу құбылыстарын   зерделегенде,   молекулалардың   тек   кинетикалық   және потенциалдық энергияларының өзгеруі болатын құбылыстар ғана қарастырылады.   Сондықтан   дененің   ішкі   энергиясы   туралы айтқанда, біз төмендегі анықтамаға сүйенеміз.

Дененің   барлық   молекулаларының   жылулық   қозғалысының кинетикалық энергиясы мен өзара әрекеттесуінің потенциалдық энергиясының қосындысын  дененің ішкі энергиясы деп атайды.

III. Дененің толық энергиясын емес, ішкі энергиясының өзгерісін ғана өлшеуге болады. Дене қатты, сұйық және газ тәрізді бола ма әлде тұтас немесе майда ұнтақталған күйде ме бәрібір денеішкі энергиясы оның температурасына байланысты.
Дененің температурасы артқан сайын оның ішкі энергиясы да артады, өйткені молекулалар қозғалысының орташа кинетикалық энергиясы артады.
Қатты дененің ұсақталған бөліктері өте үлкен потенциалдықэнергияға ие болатындықтан, тұтас денеге қарағанда, ұсақталған жаныштап тозаңға айналдырылған дененің ішкі энергиясы көп болады. Көп жағдайда дене бөлшектерінің кинетикалық және потенциалдық энергиялары қатар өзгереді.
Санақ жүйесін таңдап алуға байланысты дененің толық механикалық энергиясының болмауы да мүмкін, мысалы, жерде жатқан допты жерге қатысты қарастыру кезінде. Әрқашан дененің ішкі энергиясы болады. Ішкі энергия дененің қозғалысына да, бұл дененің басқа денелерге қатысты тұрған орнына да тәуелді емес.
Әрдайым ішкі энергияның белгілі қоры бола тұрса да, дене механикалық энергияға: потенциалдық не кинетикалық немесе потенциалдық, әрі кинетикалық энергияға ие бола алады. Мысалы, Жер бетінен біршама биіктікте ұшып бара жатқан ұшақтың ішкі энергиясымен қатар, кинетикалық әрі потенциалдық энергиясы бар.
Біз тек жылу процесіндегі ішкі энергияны әрі олардың өзгерісін ғана қарастырамыз, ішкі энергия U әрпімен, ал оның өзгерісі ∆U таңбасымен белгіленеді.

ДЕНЕНІҢ ІШКІ ЭНЕРГИЯСЫН ӨЗГЕРТУ ТӘСІЛДЕРІ
I. Дененің жылулық күйі ол бір күйден екінші күйге өткенде термодинамикалық жүйе ретінде ауысып, оның ішкі энергиясымен анықталады. Егер дененің температурасы көтерілсе, оның ішкі энергиясы артады, өйткені дене молекулалары қозғалысының орташа жылдамдығы, демек, олардың кинетикалық энергиясы
артады. Дененің температурасы төмендегенде, оның ішкі энергиясы кемиді.

      Дене молекулаларының қозғалыс жылдамдығы  өзгергенде, демек дененің температурасы өзгергенде оның ішкі энергиясы өзгереді. Дене  молекулаларының қозғалыс жылдамдығын,   яғни   оның ішкі энергиясын   қалай   өзгертуге болады? Дилатометр аспабын пайдаланып, бірқатар тәжірибелер қарастырайық.

1 голос

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *