Когда внутренняя энергия становится отрицательной (8 видео)

Внутренняя энергия – это сумма всех видов энергии, содержащихся в системе. Изменение внутренней энергии характеризует смену этой суммы при взаимодействии системы с внешними факторами. Обычно мы рассматриваем положительное изменение внутренней энергии, когда система поглощает энергию от окружающей среды в результате выполнения работы или подведения тепла.

Однако существуют случаи, когда изменение внутренней энергии становится отрицательным. Это происходит, когда система отдает энергию окружающей среде. В таком случае говорят, что система выполняет работу над окружающей средой или отдает тепло ей. Отрицательное изменение внутренней энергии означает, что система уменьшает свою энергию и теряет ее в виде работы или тепла.

Отрицательное изменение внутренней энергии важно учитывать при анализе термодинамических процессов. Оно позволяет определить, как система взаимодействует с окружающей средой и как энергия переходит между системой и окружающей средой. Кроме того, отрицательное изменение внутренней энергии может быть использовано для определения эффективности тепловых и механических машин.

Содержание

При каких условиях внутренняя энергия становится отрицательной?
Изменение внутренней энергии в адиабатическом процессе
Влияние теплообмена на изменение внутренней энергии
Природа отрицательной внутренней энергии
Изменение внутренней энергии в химических реакциях
Эндотермические реакции и отрицательное изменение внутренней энергии
Термохимические уравнения и отрицательное изменение внутренней энергии
Изменение внутренней энергии в физических процессах
Изменение внутренней энергии в физических процессах
📸 Видео

Видео:Физика 8 класс. §3 Способы изменения внутренней энергии телаСкачать

При каких условиях внутренняя энергия становится отрицательной?

Однако в некоторых случаях внутренняя энергия может стать отрицательной. Это происходит в следующих условиях:

Когда система выполняет работу за счет своей внутренней энергии. Например, если система сжимается таким образом, что ее объем уменьшается, то работа сжатия отрицательна и уменьшает внутреннюю энергию системы.
Когда система передает тепло окружающей среде. Если система передает больше тепла, чем получает от окружающей среды, то изменение внутренней энергии будет отрицательным. Это может происходить, например, при испарении жидкости или сублимации твердого вещества.
Когда система участвует в химической реакции, при которой образуются вещества с более низкой внутренней энергией. Например, эндотермические реакции могут привести к отрицательному изменению внутренней энергии системы.
Когда система претерпевает физические изменения, такие как сублимация или конденсация, которые сопровождаются изменением внутренней энергии. В случае сублимации, при переходе из твердого состояния в газообразное, изменение внутренней энергии будет отрицательным.

Важно отметить, что отрицательная внутренняя энергия означает, что система потеряла энергию и находится в состоянии с пониженной энергией. Это может быть результатом различных процессов, включая механическую работу, теплообмен и химические реакции.

Видео:Урок 105 (осн). Внутренняя энергия тела и способы ее изменения. Количество теплотыСкачать

Изменение внутренней энергии в адиабатическом процессе

Изменение внутренней энергии (ΔU) в адиабатическом процессе можно выразить следующим образом:

ΔU = Q — W

где ΔU — изменение внутренней энергии системы, Q — количество тепла, переданного системе, W — работа, выполненная системой.

Поскольку в адиабатическом процессе нет обмена теплом (Q = 0), формула может быть записана как:

ΔU = -W

То есть изменение внутренней энергии в адиабатическом процессе зависит только от работы, выполненной системой. Если система совершает работу (W > 0), то изменение внутренней энергии будет отрицательным (ΔU < 0). Это означает, что система теряет внутреннюю энергию. Если же система получает работу (W < 0), то изменение внутренней энергии будет положительным (ΔU > 0), что означает, что система поглощает внутреннюю энергию.

Примером адиабатического процесса может служить сжатие или расширение газа без обмена теплом с окружающей средой. При сжатии газа производится работа над системой, а при расширении газа система совершает работу. В обоих случаях изменение внутренней энергии будет определяться работой, совершенной системой.

Влияние теплообмена на изменение внутренней энергии

Внутренняя энергия системы может изменяться в результате теплообмена с окружающей средой. Теплообмен может быть двух видов: теплообменом при постоянном объеме или теплообменом при постоянном давлении.

При теплообмене при постоянном объеме, также известном как изохорический процесс, изменение внутренней энергии связано только с изменением теплоемкости системы. Если система поглощает тепло от окружающей среды, то ее внутренняя энергия увеличивается. В этом случае изменение внутренней энергии будет положительным. Если же система отдает тепло окружающей среде, то ее внутренняя энергия уменьшается, и изменение внутренней энергии будет отрицательным.

При теплообмене при постоянном давлении, также известном как изобарический процесс, изменение внутренней энергии связано как с изменением теплоемкости, так и с изменением работы, совершаемой системой или над системой. Если система поглощает больше тепла, чем совершает работы, то ее внутренняя энергия увеличивается, и изменение внутренней энергии будет положительным. Если система отдает больше тепла, чем совершает работы, то ее внутренняя энергия уменьшается, и изменение внутренней энергии будет отрицательным.

Таким образом, влияние теплообмена на изменение внутренней энергии системы зависит от того, поглощает ли система тепло или отдает его окружающей среде, а также от типа процесса (изохорического или изобарического).

Природа отрицательной внутренней энергии

Отрицательная внутренняя энергия может возникнуть в различных процессах, таких как химические реакции или физические изменения состояния вещества. В эндотермических реакциях, например, система поглощает тепло из окружающей среды, что приводит к уменьшению внутренней энергии системы.

Термохимические уравнения, описывающие изменение внутренней энергии в химических реакциях, также могут содержать отрицательные значения. Это связано с тем, что некоторые реакции освобождают больше энергии, чем потребляют.

В физических процессах, таких как сублимация, отрицательное изменение внутренней энергии может возникнуть при переходе вещества из твердого состояния в газообразное без промежуточной жидкой фазы. В этом случае, система теряет энергию в результате образования газообразных молекул.

В целом, отрицательная внутренняя энергия является результатом энергетических перераспределений в системе. Она может иметь различные физические и химические основы, но всегда связана с уменьшением общей энергии системы. Понимание природы отрицательной внутренней энергии важно для изучения термодинамических процессов и применения этих знаний в реальных системах и технологиях.

Видео:Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии. 8 класс.Скачать

Изменение внутренней энергии в химических реакциях

Энергия может поглощаться или выделяться во время химических реакций, в зависимости от того, является ли реакция эндотермической или экзотермической. Эндотермические реакции поглощают тепло из окружающей среды, в результате чего внутренняя энергия системы увеличивается. Экзотермические реакции, напротив, выделяют тепло, что приводит к уменьшению внутренней энергии.

Термохимические уравнения позволяют описать изменение внутренней энергии в химических реакциях. Они показывают, сколько энергии поглощается или выделяется при выполнении определенной реакции. В таких уравнениях обычно указывается количество тепла, выраженное в джоулях или килоджоулях, а также вещества, участвующие в реакции.

Изменение внутренней энергии в химических реакциях может оказывать важное влияние на другие физические и химические процессы. Например, энергия, выделяющаяся при горении топлива, может использоваться для привода двигателей или для обогрева.

Таким образом, понимание изменения внутренней энергии в химических реакциях является важным аспектом изучения химии и позволяет нам лучше понять, как различные процессы влияют на энергетическое равновесие в системе.

Эндотермические реакции и отрицательное изменение внутренней энергии

Примером эндотермической реакции может служить реакция синтеза аммиака:

2H₂ + N₂ → 2NH₃ + 92 кДж

В данной реакции молекулы водорода (H₂) и азота (N₂) соединяются, образуя молекулы аммиака (NH₃). При этом система поглощает 92 кДж энергии из окружающей среды.

Отрицательное значение изменения внутренней энергии указывает на то, что энергия поглощается системой, и она увеличивает свою внутреннюю энергию. В данном случае, система, состоящая из реагентов H₂ и N₂, переходит в более высокоэнергетическое состояние, образуя продукты реакции NH₃. Энергия, поглощенная системой, необходима для преодоления энергетического барьера и образования новых связей в молекулах аммиака.

Эндотермические реакции часто используются в промышленности и в химической лаборатории для получения различных продуктов. Их процессы можно управлять, контролируя количество поглощаемой тепловой энергии и тем самым регулируя изменение внутренней энергии системы.

Термохимические уравнения и отрицательное изменение внутренней энергии

Если в химическом уравнении внутренняя энергия продуктов оказывается меньше внутренней энергии реагентов, то изменение внутренней энергии будет отрицательным. Такие реакции называются экзотермическими, потому что при их проведении происходит выделение тепла.

Примером может служить сжигание древесины. В этой реакции древесина (реагент) сгорает при взаимодействии с кислородом (продукты). В результате этой реакции выделяется большое количество тепла, что означает, что изменение внутренней энергии будет отрицательным.

Термохимические уравнения позволяют описывать энергетические изменения в химических реакциях и определять их эндотермический или экзотермический характер. Они играют важную роль в различных областях химии, а также в промышленных процессах и энергетике.

Видео:Способы изменения внутренней энергииСкачать

Изменение внутренней энергии в физических процессах

Сублимация – это переход вещества из твердого состояния в газообразное без промежуточной жидкой фазы. При сублимации происходит изменение внутренней энергии системы.

Как известно, при нагревании вещество поглощает энергию, а при охлаждении отдает ее окружающей среде. Также сублимация требует затраты энергии, так как при переходе из твердого состояния в газообразное необходимо преодолеть силы притяжения между молекулами вещества.

При сублимации происходит отрицательное изменение внутренней энергии системы, так как абсолютная величина внутренней энергии газообразного состояния выше, чем в твердом состоянии. Это означает, что система поглощает энергию из окружающей среды и ее внутренняя энергия увеличивается.

Примером сублимации является переход льда воды в пар. При нагревании лед поглощает энергию и прямо переходит в пар без перехода в жидкую фазу. В результате происходит увеличение внутренней энергии системы.

Таким образом, физические процессы, в которых происходит сублимация, приводят к отрицательному изменению внутренней энергии системы, так как они требуют затраты энергии и приводят к увеличению внутренней энергии системы.

Изменение внутренней энергии в физических процессах

Сублимация — это процесс прямого перехода вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. В процессе сублимации происходит увеличение внутренней энергии системы, но в определенных условиях это изменение может быть отрицательным.

Отрицательное изменение внутренней энергии в процессе сублимации возникает, когда для перехода из твердого состояния в газообразное требуется поглощение энергии. В этом случае, система получает энергию из окружающей среды, что приводит к уменьшению внутренней энергии системы.

Для наглядного представления изменения внутренней энергии в процессе сублимации можно использовать таблицу:

Вещество	Температура начала сублимации, °C	Температура конца сублимации, °C	Изменение внутренней энергии, кДж/моль
Лед	-37,15	-29,96	-2,85
Сульфат аммония	106,0	145,4	-24,5

Таким образом, сублимация может приводить как к положительному, так и к отрицательному изменению внутренней энергии системы в зависимости от условий и характеристик вещества.