Что подразумевает изменение внутренней энергии

Видео: 4. Способы изменения внутренней энергии

В течение нескольких столетий ученые-физики предполагали, что температура определяется наличием в газах невидимого и невесомого вещества теплорода. Было выдвинуто множество теорий, объясняющих его перемещение внутри вещества и между разными предметами. Только М.В. Ломоносов сумел объяснить реальную природу вещества, создав молекулярно-кинетическую теорию газов. В своих рассуждениях и выкладках ему удалось доказать, что теплорода в природе нет. Температура зависит от скорости хаотического движения молекул. Он ввел понятие внутренней энергии, а также объяснил, как она меняется в реальном процессе.

Какие аргументы приводил М.В. Ломоносов для доказательства молекулярно-кинетической теории газов

Видео: Вопрос №4 §3. Способы изменения внутренней энергии - Физика 8 класс (Перышкин)

Высказав впервые предположение о том, что никакого теплорода не существует в природе, он встретил мощнейшее сопротивление от маститых ученых того периода. Они все признавали наличие теплорода, а начинающий исследователь - нет. Тогда на одной из встреч с немецкими и английскими физиками было сказано следующее: «Уважаемые учителя. Откуда взялся теплород в организме коровы? Она съела холодную траву, а потом ее тело согрелось от того, что в ее внутренностях произошло изменение внутренней энергии. Откуда она возникла? А происхождение тепла в теле объясняется тем, что трава имеет химическую энергию, которую организм животного преобразовал в это тепло. Значит, мы наблюдаем явление перехода энергии из одного состояния в другое». Его выслушали, задали десятки вопросов. По итогам дискуссии был сформулирован и закон изменения энергии (его еще называют законом сохранения энергии), который был признан всеми присутствующими. Позже был издан небольшой сборник гипотез, который явился первым изданием, где была признана молекулярно-кинетическая теория газов.

Что дала исследователям теория М.В. Ломоносова

Это сегодня кажется, что в термодинамике все логично. Но следует помнить, что прошло более 250 лет от первых предположений до наших дней. Французский исследователь Ж. Шарль открыл закон пропорциональности роста давления при увеличении температуры газа. Он тогда объяснил изменение внутренней энергии газа при нагревании. Вывел свою формулу. Его исследования через 20 лет продолжил Гей-Люссак, который исследовал нагрев газа при постоянном давлении. Он наблюдал, как изменяет свое положение поршень, размещенный внутри стеклянного цилиндра при нагревании и охлаждении. Здесь он вплотную подошел к открытию понятия о газовой постоянной. Он не воспользовался исследованиями, которые выполнил на 140 лет раньше Роберт Бойль. Только работы Мариотта, выполненные позже и сформулированные в законе Бойля-Мариотта, помогли Бенуа Поль Эмиль Клапейрону сформулировать первое понятие об уравнении состояния идеального газа.

Через 40 лет Д.И. Менделеев дополнил уравнение состояния результатами своих исследований. Теперь закон Клайперона-Менделеева является основой для термодинамиков всего мира. Он математически определяет изменение внутренней энергии от температуры газа. Открытия базовых законов подтверждались и практикой. Были созданы тепловые машины, работающие на термодинамических циклах Отто, Дизеля, Тринклера и других ученых.

Только в начале XX века был обобщен опыт предшественников и написаны учебники по молекулярной физике и технической термодинамике, которые стройно и логично излагают всю совокупность открытий.

Несколько слов о законе состояния идеального газа

pV = mRT

Видео: Упражнение №2 §3. Способы изменения внутренней энергии - Физика 8 класс (Перышкин)

Сегодня при выводе любых зависимостей используется уравнение состояния идеального газа. Никого не смущают входящие в него параметры, которые имеют вполне определенные понятия. Выводы из основного газового закона дают еще одну важную формулу, характеризующую изменение внутренней энергии:

dU = cvDT,

здесь dU и есть дифференциал изменения внутренней энергии, а cv – это теплоемкость газа при постоянном объеме. В результате рассуждений о природе газовой постоянной R установлено, что она характеризует работу газа при постоянном давлении.