Понятие тепловой и внутренней энергии

[Annakonda]

С восьмого класса я считал, что внутренняя и тепловая энергия это одно и то же. Ведь внутренняя энергия - это энергия движения частиц, а чем быстрее они движутся - тем выше температура тела. Год спустя учитель, заменяющий отсутствующего учителя физики, показал схему, на которой были показаны типы энергии. В этой схеме внутренняя и тепловая энергия были приведены как 2 разных типа энергии. В качестве примера внутренней энергии учитель привёл "энергию в двигателе внутреннего сгорания", что мне кажется неправильным. Схема была взята из интернета. Возможно я чего-то не понимаю. Пожалуйста, объясните мне разницу между тепловой энергией и внутренней энергией

[Dedekind]

Annakonda
Внутренняя энергия включает в себя тепловую энергию (то есть, энергию движения, вращения, колебания частиц), а также потенциальную энергию взаимодействия частиц вещества.

[Annakonda]

Как простым языком можно объяснить потенциальную энергию взаимодействия частиц вещества? Можно ли её измерить?

Ну и получается что тепловая энергия - часть внутренней. Тогда А) схема неверна, это не 2 разных типа Б) Если измерять, то внутренняя энергия окажется больше отдельно взятой тепловой
?

Как это объяснить на опыте/на примере?

[Dan B-Yallay]

Annakonda в сообщении #1665632 писал(а):

Как простым языком можно объяснить потенциальную энергию взаимодействия частиц вещества? Можно ли её измерить?

Теплоту сгорания различных топлив вроде вполне себе измеряют.

[realeugene]

Annakonda в сообщении #1665627 писал(а):

Возможно я чего-то не понимаю. Пожалуйста, объясните мне разницу между тепловой энергией и внутренней энергией

В каком-то учебнике встречал определение, что тепло - это энергия в процессе теплопередачи. Больше никакого смысла у понятия тепла нет. Эта передающаяся в процессе теплопередачи энергия может идти, например, на выработку электроэнергии. Или на увеличение внутренней энергии тела.

[Annakonda]

Dan B-Yallay в сообщении #1665633 писал(а):

Теплоту сгорания различных топлив вроде вполне себе измеряют.

Получается внутренняя энергия - это энергия вещества тепловая $+$ энергия которая может выделиться при сгорании топлива?

[wrest]

Annakonda в сообщении #1665632 писал(а):

Как простым языком можно объяснить потенциальную энергию взаимодействия частиц вещества? Можно ли её измерить?

Ну вот если машинка такая, ездит на сжатой пружинке, а пружинка внутри. То это внутренняя энергия...
Или она ездит, скажем, на сжатом воздухе. Тогда это тоже внутренняя энергия. Или на батарейке. Ну вы поняли...

[amon]

Annakonda в сообщении #1665632 писал(а):

Как это объяснить на опыте/на примере?

Энергию вообще измерить нельзя. Можно измерить изменение энергии. Товарищ А. взял пружинку и сжал ее. Пружинка слегка нагрелась. Через некоторое время он, паразит, пружинку отпустил, она попала в лоб товарищу Б. и набила шишку. По размеру шишки можно оценить разницу внутренней энергии пружинки в сжатом и свободном состоянии, а по разнице температур пружинки в сжатом и свободном состоянии - количество тепловой энергии, которая пружинка приобретет при сжатии.

[Dan B-Yallay]

Annakonda в сообщении #1665636 писал(а):

Получается внутренняя энергия - это энергия вещества тепловая $+$ энергия которая может выделиться при сгорании топлива?

Не только сгорания. Вон выше постом про батареи сказали. Можно еще и урановые стержни упомянуть.
Внутренняя энергия может иметь разные виды.

[Dedekind]

Annakonda в сообщении #1665632 писал(а):

Как простым языком можно объяснить потенциальную энергию взаимодействия частиц вещества?

Как и любая другая энергия, это - мера способности совершить работу. За счет изменения внутренней энергии тело может совершить работу. Например, пусть у нас в цилиндре с закрепленным поршнем есть сжатый горячий (100 градусов) водяной пар. Если отпустить поршень, то пар его поднимет (совершит работу). При этом часть пара превратится в жидкую воду. Но температура этой воды будет все еще 100 градусов. А внутренняя энергия - меньше, чем у пара, потому что часть из нее ушла на совершение работы по подъему поршня. Какая часть? Та, которая отвечает за взаимодействие частиц между собой, раз уж тепловая энергия осталась прежней. В принципе, эту работу можно измерить, и таким образом измерить потенциальную энергию взаимодействия частиц в жидкой фазе воды.

Annakonda в сообщении #1665632 писал(а):

А) схема неверна, это не 2 разных типа

Не два разных типа.

Annakonda в сообщении #1665632 писал(а):

Б) Если измерять, то внутренняя энергия окажется больше отдельно взятой тепловой

Меньше. Например, в том же водяном паре взаимодействиями частиц (и, следовательно, потенциальной энергией) можно пренебречь по сравнению с тепловой. Другими словами, внутренняя энергия пара практически полностью состоит из его тепловой энергии. А жидкой фазе воды - уже нельзя пренебрегать потенциальной энергией взаимодействия частиц. При этом, внутренняя энергия жидкой воды меньше, чем внутренняя энергия пара.

[sergey zhukov]

Annakonda
Первый закон термодинамики говорит, что внутренняя энергия тела $dU$ может быть изменена передачей ему тепла $\partial Q$ или совершением над ним работы $\partial A$, т.е. $dU=\partial A+ \partial Q$.

С точки зрения этого определения фразу "Тепловая энергия" лучше не говорить. У тела есть только внутренняя энергия, которую можно изменить одним из двух способов. Понятие "тепло" относится к способу изменения внутренней энергии. Примерно как бассейн с двумя трубами, по которым потоки могут течь в и из бассейна. Вода в бассейне - это внутренняя энергия тела, а на трубах написано "тепло" и "работа".

Так с точки зрения термодинамики. Но можно так же говорить о том, что, например, у тела есть внутренняя энергия и "внешняя энергия". Например, кинетическая и потенциальная энергия тела, как целого. Скажем, летящий нагретый снаряд обладает кинетической и потенциальной энергией, как целое, а так же внутренней энергией (теплоемкость, умноженная на его абсолютную температуру), которую, бывают, называют тепловой энергией снаряда, т.е. связанной с его температурой.

Кроме того, энергия движения молекул (кинетическая) - это только часть внутренней энергии тела. Молекулы связаны между собой силами взаимодействия, как маленькими пружинками т.е. в каждый момент в теле существует множество натянутых пружинок, и их энергия тоже входит в внутренюю энергию тела наравне с кинетической энергией частиц. Например, мы знаем, что полная энергия тела в гравитационном поле складывается из его потенциальной и кинетической энергии. Потенциальная энергия в данном случае связана с притяжением к Земле. Внутри любого тела на уровне молекул тоже есть потенциальная энергия, которая связана с притяжением молекул друг к другу.

[Theoristos]

sergey zhukov: неплохой разбор.

Побурчу только, что выделение у тела некой "внутренней" энергии тоже условно, что видно, к применру, при рассмотрении тела в виде цилиндра с газом внутри и массивной крышкой.

Annakonda в сообщении #1665627 писал(а):

считал, что внутренняя и тепловая энергия это одно и то же

Есть совершенно нетермодинамические сущности, типа "классических" пружин, у которых явно может быть некая внутренняя энергия, но по определению нет "тепловой" (сильно туманный термин).

[realeugene]

sergey zhukov в сообщении #1665647 писал(а):

Первый закон термодинамики говорит, что внутренняя энергия тела $dU$ может быть изменена передачей ему тепла $\partial Q$ или совершением над ним работы $\partial A$, т.е. $dU=\partial A+ \partial Q$.

Можно добавить, что есть такая термодинамическая величина - энтропия. Которая у замкнутой системы не убывает. При теплопередаче энтропия передается от одного тела к другому помимо энергии, при этом суммарная энтропия может возрастать. При передаче нетепловой энергии энтропия не передается (но может также возрастать из-за "потерь")

[druggist]

Зафиксируйте объем системы и внутренняя энергия будет вполне себе "тепловой". Или зафиксируйте давление(что гораздо более распространенная физическая ситуация) и "тепловой энергией" будет энтальпия. Правда, она не заслужила это название, ее принято называть тепловой функцией или теплосодержанием, в отличие от энергии Гиббса, которая на самом деле свободная энергия Гиббса. Но это терминология, суть, конечно же, здесь:

sergey zhukov в сообщении #1665647 писал(а):

Первый закон термодинамики говорит, что внутренняя энергия тела $dU$ может быть изменена передачей ему тепла $\partial Q$ или совершением над ним работы $\partial A$, т.е. $dU=\partial A+ \partial Q$.

[pppppppo_98]

realeugene в сообщении #1666400 писал(а):

Можно добавить, что есть такая термодинамическая величина - энтропия.

не морочьте топикстартеру мозги...Он с трудом понимает что такое потенциальная энергия, а вы ему про эннтропию рассказываете, которую не все дфмн понимают

-- Сб дек 21, 2024 15:06:37 --

druggist в сообщении #1666415 писал(а):

Правда, она не заслужила это название, ее принято называть тепловой функцией или теплосодержанием, в отличие от энергии Гиббса, которая на самом деле свободная энергия Гиббса. Но это терминология, суть, конечно же, здесь:

второй такой же... Топикстартер школьник... Вы о чем? о какой энергии Гиббса?