Ներքին էներգիա
Օրինակ
Քննարկենք օրինակ: Սալի վրա դրված գունդը բարձրացնենք վեր և բաց թողնենք (նկ. 1, ա): Գունդը վեր բարձրացնելով՝ նրան պոտենցիալ էներգիա հաղորդեցինք: Գնդի անկման ժամանակ այդ էներգիան սկսում է նվազել, քանի որ գնդի բարձրությունը գնալով փոքրանում է: Իսկ գնդի կինետիկ էներգիան սկսում է աճել, քանի որ նրա արագությունն աստիճանաբար մեծանում է: Տեղի է ունենում մարմնի պոտենցիալ էներգիայի փոխակերպում կինետիկ էներգիայի, իսկ լրիվ մեխանիկական էներգիան պահպանվում է: Եվ ահա գունդը բախվում է կապարե սալին ու կանգ առնում (նկ. 1, բ): Նրա և՛ կինետիկ, և՛պոտենցիալ էներգիաները սալի նկատմամբ դառնում են զրո: Հարվածից հետո զննելով գունդը և սալը տեսնում ենք, որ գունդը մի քիչ տափակել է, իսկ սալը մի փոքր փոս է ընկել: Չափելով դրանց ջերմաստիճանը՝ տեսնում ենք նաև, որ դրանք տաքացել են:
Մենք գիտենք, որ տաքանալիս մարմնի մոլեկուլների ջերմային շարժման միջին կինետիկ էներգիան մեծանում է: Բացի կինետիկ էներգիայից, մոլեկուլներն օժտված են նաև պոտենցիալ էներգիայով, քանի որ նրանք փոխազդում են միմյանց հետ (կախված հեռավորությունից` ձգում կամ վանում): Դեֆորմացիայի ժամանակ մարմնի մասնիկների միջև հեռավորությունները փոխվում են, ուստի փոխվում է նաև նրանց փոխազդեցությամբ պայմանավորված պոտենցիալ էներգիան:
Մարմինը կազմող մասնիկների ջերմային շարժման կինետիկ և միմյանց հետ փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիաների գումարը կոչվում է մարմնի ներքին էներգիա:
Այսպիսով, գունդը սալին բախվելու հետևանքով
տեղի է ունենում այդ մարմինների մասնիկների կինետիկ և պոտենցիալ էներգիաների փոփոխություն: Սա նշանակում է, որ մեխանիկական էներգիան, որ փորձի սկզբում ուներ գունդը, անհետ չի կորել, այն փոխակերպվել է մոլեկուլների էներգիայի:Ներքին էներգիան նշանակում են \(U\) տառով: Մոլեկուլների ջերմային շարժումը երբեք չի դադարում: Ուստի յուրաքանչյուր մարմին, բացի մեխանիկական էներգիայից, ամեն պահի օժտված է նաև ներքին էներգիայով:
Բազմաթիվ փորձերի արդյունքներն ընդհանրացված և ձևակերպված են
էներգիայի պահպանման և փոխակերպման օրենքում.Էներգիան ոչնչից չի առաջանում և ոչ մի տեղ չի անհետանում: Էներգիայի քանակն անփոփոխ է, այն կարող է միայն մի ձևից փոխակերպվել այլ ձևի:
Մարմնի ներքին էներգիան կախված է նրա մոլեկուլների ջերմային շարժման միջին կինետիկ էներգիայից, որն իր հերթին կախված է մարմնի ջերմաստիճանից: Հետևաբար, ներքին էներգիան կախված է մարմնի ջերմաստիճանից:
Ուշադրություն
Տաքանալիս մարմնի ներքին էներգիան աճում է, սառչելիս՝ նվազում:
Օրինակ
Պարզելու համար, թե ինչ եղանակով կարելի է փոխել մարմնի ներքին էներգիան, դիմենք փորձի օգնությանը: Հենարանի վրա ամրացնենք բարակ պատեր ունեցող արույրե խողովակ: Դրա մեջ մի քիչ եթեր լցնենք և ամուր փակենք, խողովակի վրա պարան փաթաթենք և դրանով շփենք այն՝ արագորեն մեկ այս, մեկ այն կողմ ձգելով պարանը: Որոշ ժամանակ անց եթերը սկսում է եռալ, և առաջացած գոլորշին դուրս է նետում խցանը (նկ. 2): Այսինքն, պարանի միջոցով աշխատանք կատարելով շփման ուժերի դեմ` բարձրացրինք խողովակի և նրանում գտնվող եթերի ջերմաստիճանը: Իսկ դա նշանակում է, որ մեծացրինք նրանց ներքին էներգիան: Նմանատիպ եղանակով մեր նախնիները կրակ են ստացել: Դրա համար նրանք փայտի երկու կտորներ շփել են միմյանց այնքան ժամանակ (նկ. 3):
Ներքին էներգիան կարելի է փոփոխել առանց աշխատանք կատարելու:
Օրինակ
Եթե ջրով լի թեյամանը դնենք գազօջախի վրա, թեյամանը և ջուրը կտաքանան: Սառը գդալը կտաքանա, եթե գցենք տաք թեյի մեջ: Սենյակի օդը տաքանում է, երբ այնտեղ վառարան ենք վառում: Արևի ճառագայթներից շենքի տանիքը տաքանում է: Այս բոլոր դեպքերում մարմինների ներքին էներգիան փոխվում է՝ առանց աշխատանք կատարելու:
Ուշադրություն
Այս բոլոր դեպքերում մարմինների ներքին էներգիայի փոփոխման պրոցեսն անվանում են ջերմափոխանակություն:
Առանց աշխատանք կատարելու մարմնի ներքին էներգիայի փոփոխման պրոցեսն անվանում են ջերմափոխանակություն:
Մարմինների միջև ջերմափոխանակություն հնարավոր է, եթե այդ մարմինների ջերմաստիճանները տարբեր են: Ընդ որում, ջերմափոխանակության հետևանքով սառը մարմինը տաքանում է, իսկ տաքը` սառչում: Այսինքն, բարձր ջերմաստիճան ունեցող մարմնի ներքին էներգիայի մի մասը հաղորդվում է ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմնին: Նույնն է նաև, եթե ասենք՝ տաք մարմնի մոլեկուլների ջերմային շարժման կինետիկ էներգիայի մի մասը փոխանցվում է սառը մարմնի մոլեկուլներին:
Թեյի գդալի օրինակում դա տեղի է ունենում այսպես. գդալի և ջրի հպվող մասերում, տաք ջրի և սառը մետաղի մոլեկուլները ջերմային շարժման հետևանքով բախվում են միմյանց: Դրա հետևանքով ավելի մեծ կինետիկ էներգիա ունեցող ջրի մոլեկուլները իրենց էներգիայի մի մասը տալիս են մետաղի մոլեկուլներին: Արդյունքում ջրի մոլեկուլների կինետիկ էներգիան նվազում է, իսկ գդալի մասնիկների կինետիկ էներգիան՝ աճում, այսինքն՝ գդալը տաքանում է, իսկ ջուրը` սառչում: Դա շարունակվում է, մինչև որ ջրի և գդալի ջերմաստիճանները հավասարվում են:
Ուշադրություն
Այսպիսով՝ գոյություն ունի ներքին էներգիայի փոփոխման երկու եղանակ՝ 1) աշխատանք կատարելով և 2) ջերմափոխանակությամբ:
Այս եղանակներից առաջինի իրականացման դեպքում մարմնի մեխանիկական էներգիան փոխակերպվում է ներքին էներգիայի կամ հակառակը: Երկրորդ եղանակի դեպքում մի մարմնի ներքին էներգիայի մի մասը հաղորդվում է մյուս մարմնին` առանց աշխատանք կատարելու:
Երկու եղանակներն էլ հանգեցնում են միանման արդյունքի: Այսինքն` վերջնական արդյունքով հնարավոր չէ որոշել, թե հատկապես ո՛ր եղանակով է փոխվել մարմնի ներքին էներգիան: Այսպես՝ սեղանի վրայից վերցնելով պողպատե տաք շյուղը՝ մենք չենք կարող ասել, թե որ եղանակով են այն տաքացրել՝ շփմա՞ն, թե՞ տաք մարմնի հետ հպման միջոցով: Սկզբունքորեն կարող է լինել և՛ մեկը, և՛ մյուսը, ինչպես նաև երկուսը միաժամանակ:
Աղբյուրները
Ս. Վ. Գրոմով , Ն. Ա. Ռոդինա, Ֆիզիկա-8, հանրակրթական դպրոցի դասագիրք ( I, II, III և V գլուխների հեղինակ Ա. Մամյան); Երևան, Անտարես -2014 թ.