Witaj w świecie Termodynamiki, przyjacielu z 7 klasy! Myśl o tym jak o badaniu "energii w ruchu". Zobaczmy, jak działa ciepło i praca!
Co to jest Energia Wewnętrzna?
Wyobraź sobie słoik pełen kulek. Każda kulka się rusza, drży, i ma energię. Razem, to energia wewnętrzna słoika.
Energia wewnętrzna to suma energii wszystkich cząsteczek w ciele. Im szybciej się ruszają, tym wyższa energia wewnętrzna!
Pomyśl o kubku gorącej herbaty. Gorąca herbata ma wysoką energię wewnętrzną, bo cząsteczki wody bardzo szybko w niej drgają.
Jak możemy zmienić energię wewnętrzną? Są dwa sposoby: poprzez ciepło i pracę.
Ciepło: Energia w Transferze
Ciepło to energia, która przepływa od ciała cieplejszego do chłodniejszego. Wyobraź sobie dwie szklanki - jedną z lodem, drugą z gorącą wodą.
Gdzie popłynie ciepło? Od gorącej wody do lodu! Lód się roztopi, a woda ochłodzi. To naturalny przepływ energii.
Kiedy dotykasz zimnej klamki, ciepło z Twojej ręki płynie do klamki. Dlatego klamka wydaje się zimna.
Pomyśl o grzejniku. On daje ciepło do pokoju, podnosząc temperaturę powietrza. Zwiększa energię wewnętrzną powietrza.
Jak mierzymy ciepło?
Używamy jednostki zwanej dżul (J). Więcej dżuli, więcej ciepła!
Praca: Siła w Działaniu
Praca to energia potrzebna do przesunięcia czegoś. Wyobraź sobie, że pchasz ciężki wózek.
Musisz użyć siły i przesunąć go na jakąś odległość. To jest właśnie praca!
Kiedy pompujesz oponę rowerową, wykonujesz pracę, sprężając powietrze.
Jeśli pompujesz oponę bardzo szybko, staje się ona ciepła. Czemu? Bo wykonana praca zamienia się w energię wewnętrzną powietrza w oponie!
Inny przykład: Mieszanie zupy łyżką. Wykonujesz pracę, poruszając zupą. Zupa trochę się ogrzewa!
Jak mierzymy pracę?
Również w dżulach (J)! Bo praca to też energia.
Pierwsza Zasada Termodynamiki: Bilans Energii
Pomyśl o tym, jak o banku energii. Możesz na konto wpłacać (dodawać ciepło lub wykonywać pracę) lub wypłacać (ciało oddaje ciepło lub wykonuje pracę).
Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że zmiana energii wewnętrznej ciała jest równa ilości dostarczonego ciepła minus praca wykonana przez ciało.
ΔU = Q - W
Gdzie:
- ΔU to zmiana energii wewnętrznej
- Q to ciepło dodane do układu
- W to praca wykonana przez układ
Jeśli dodasz ciepło (Q) do układu, jego energia wewnętrzna (U) wzrośnie. Jeśli układ wykona pracę (W), jego energia wewnętrzna (U) zmaleje.
Przykład: silnik samochodu. Paliwo spala się (dostarcza ciepło Q), a silnik wykonuje pracę (W) poruszając kołami.
Energia nie znika. Ona się tylko zmienia! Ciepło może zamienić się w pracę, a praca w ciepło.
Przewodnictwo Ciepła, Konwekcja i Promieniowanie
Jak ciepło podróżuje?
Przewodnictwo Ciepła
Wyobraź sobie metalową łyżkę w gorącej herbacie. Po chwili łyżka robi się gorąca. Czemu?
Przewodnictwo ciepła to przepływ energii przez ciało stałe. Cząsteczki w łyżce drgają i przekazują drgania dalej.
Metale są dobrymi przewodnikami ciepła. Drewno i plastik są słabymi przewodnikami (izolatorami).
Konwekcja
Spójrz na garnek gotującej się wody. Ciepła woda unosi się do góry, a zimna opada na dół.
Konwekcja to przepływ ciepła w cieczach i gazach. Cieplejsze, lżejsze płyny unoszą się, a chłodniejsze, cięższe opadają, tworząc ruch.
Grzejniki ogrzewają pokój dzięki konwekcji. Ciepłe powietrze unosi się i krąży po pokoju.
Promieniowanie
Poczuj ciepło Słońca. Słońce jest bardzo daleko, a jednak nas ogrzewa. Jak to możliwe?
Promieniowanie to przepływ ciepła za pomocą fal elektromagnetycznych. Nie potrzebuje żadnego ośrodka (powietrza, wody) żeby się rozchodzić.
Ogień ogniska ogrzewa nas dzięki promieniowaniu.
Teraz wiesz więcej o Termodynamice! Pamiętaj, wszystko kręci się wokół energii. Powodzenia na sprawdzianie!
