Digitální učební materiál Autor: Ing. Bc. Pavel Kolář Předmět/vzdělávací oblast: Základy přírodních věd - Fyzika Tematická oblast: TERMIKA Téma: Vnitřní energie Ročník: 2. Datum vytvoření: listopad 2013 Název: VY_32_INOVACE_08.2.06.FYZ Anotace: Učební materiál je zaměřen na vnitřní energii tělesa a její složky. Seznamuje s možnostmi změny vnitřní energie konáním práce a tepelnou výměnou. Metodický pokyn: Prezentace je primárně určena ke zkvalitnění výuky v hodinách fyziky, ale může být využita i k samostudiu nebo pro distanční formu vzdělávání. Otázky na konci tématu ověří u žáků pochopení probíraného učiva. Materiál vyžaduje použití multimediálních prostředků (PC a dataprojektoru).

První termodynamický zákon Vnitřní energie První termodynamický zákon

Vnitřní energie tělesa U Energie, která souvisí s vnitřní částicovou strukturou tělesa; Tvořena kinetickou a potenciální složkou. Kinetická složka (pohybová) Tepelný pohyb částic (molekul, atomů, iontů). Potenciální složka (polohová) Silové působení částic, závislé na jejich vzájemné poloze.

Vnitřní energie tělesa U Součet celkové kinetické energie tepelného pohybu částic a celkové potenciální energie jejich vzájemné polohy; I když těleso nekoná žádný pohyb, má vnitřní energii; Jednotkou vnitřní energie U je joule (J).

Změna vnitřní energie tělesa U Vnitřní energie tělesa není konstantní veličinou; Závisí především na teplotě. Vnitřní energii tělesa lze změnit: Konáním práce; Tepelnou výměnou.

Změna vnitřní energie konáním práce Ke změně vnitřní energie konáním práce dochází například při: Tření těles; Rychlém stlačení plynu; Prudkém míchání kapaliny; Ohýbáním drátu na témž místě; Nepružném nárazu tělesa na podložku; Drcení tělesa na menší části; Průchodem elektrického proudu vodičem.

Obrázek 6.1. Zahřívání vrtáku při vrtání

Obrázek 6.2. Rozdělávání ohně třením

Obrázek 6.3. Zahřátí vzduchu při pumpování míče

Obrázek 6.4. Zahřátí vodiče průchodem elektrického proudu

Obrázek 6.5. Tepelná výměna Změna vnitřní energie tepelnou výměnou Tepelná výměna Děj, při kterém teplejší těleso předá část své vnitřní energie tělesu chladnějšímu. Takto předaná energie se nazývá Teplo Q. Jednotkou tepla Q je joule (J). Tepelná rovnováha Předáním tepla Q při tepelné výměně, dojde k vyrovnání vnitřních energií i teplot obou těles. Obrázek 6.5. Tepelná výměna

Obrázek 6.6. Kovářská výheň – tepelná výměna

První termodynamický zákon Ke změně vnitřní energie tělesa může dojít současně konáním práce i tepelnou výměnou; Změna vnitřní energie tělesa je pak rovna součtu dodané nebo odevzdané práce W a tepla Q, přijatého nebo odevzdaného při tepelné výměně; Přijatá energie (W  0; Q  0; U  0) ; Odevzdaná energie (W  0; Q  0; U  0).

Shrnutí nejdůležitějších poznatků Vnitřní energie tělesa je tvořena dvěma složkami: Celkovou pohybovou energií částic tělesa; Celkovou polohovou energií jejich vzájemného působení. Vnitřní energii tělesa lze změnit: Konáním práce; Tepelnou výměnou. První termodynamický zákon:

Otázky a úkoly Čím je dána vnitřní energie tělesa? Vnitřní energie je tvořena součtem celkové kinetické energie tepelného pohybu částic a celkové potenciální energie jejich vzájemné polohy. Má těleso, které je v klidu nějakou vnitřní energii? Ano. I když je těleso v klidu, není jeho vnitřní energie nulová. Lze vnitřní energii tělesa měnit nebo je neměnná? Vnitřní energii lze měnit konáním práce nebo tepelnou výměnou. Proč se drát při několikerém ohnutí v místě ohybu zahřívá? Dochází ke změně vnitřní energie drátu konáním práce.

Otázky a úkoly Při huštění míče se vzduch zahřívá. Zahřeje se také od horkých kamen. Vysvětlete rozdíl mezi těmito ději. Zahřátí vzduchu při huštění míče: Změna vnitřní energie konáním práce. Zahřátí vzduchu horkými kamny: Změna vnitřní energie tepelnou výměnou. O čem pojednává první termodynamický zákon? Ke změně vnitřní energie tělesa může dojít současně konáním práce i tepelnou výměnou: U = W + Q.

Použité zdroje LEPIL, Oldřich, BEDNAŘÍK, Milan, HÝBLOVÁ, Radmila. Fyzika pro střední školy I. 4. vyd. Praha: Prometheus, 2004, 266 s. Učebnice pro střední školy. ISBN 80-7196-184-1. BEDNAŘÍK, Milan, KUNZOVÁ, Vlasta, SVOBODA, Emanuel. Fyzika II pro studijní obory SOU. 1. vyd. Praha: SPN, 1986, 216 s. Učebnice pro střední školy. Autorem obrázků, pokud není uvedeno jinak, je autor výukového materiálu.