Notranja energija, toplota in delo
Izkušnje
Vodo segrevaš v kozici na plinskem štedilniku. Vodi in kozici se temperatura zvišuje, ročaju kozice pa ne. Ko kozico odstaviš, se voda in kozica čez čas ohladita do sobne temperature. Kos železa pri brušenju z brusilnim strojem postane vroč. Ko z radirko nekajkrat močno podrgneš po istem mestu mizne plošče, se radirka in plošča segrejeta.
Zastavitev problema
Pri vrtanju jeklenih polizdelkov se polizdelki in sveder zelo grejejo. Kako orodjarji preprečijo pregrevanje orodij?
Potrebna znanja
Vemo, da so snovi zgrajene iz atomov in molekul, ki se neprestano gibljejo. To je termično gibanje. Pri segrevanju se hitrost gradnikov veča, pri ohlajanju pa manjša. Zato se veča in manjša tudi kinetična energija gradnikov. Pri plinih imamo opravka le s kinetično energijo molekul, pri kapljevinah in trdninah pa zaradi medsebojne lege in delovanja medmolekularnih sil še s potencialno energijo molekul. Notranja energija telesa je seštevek kinetične in potencialne energije gradnikov.
Znak za notranjo energijo je Wn, enota je J.
Vodi in kozici se je spremenila temperatura. Višja kot je temperatura opazovanega telesa, večja je njegova notranja energija in obratno. Sprememba temperature teles je pokazatelj spremembe njihove notranje energije. Telesom se temperatura poveča, ko se segrejejo. Tedaj prejmejo iz okolice največkrat toploto. Ko se ohladijo, pa toploto oddajo v okolico.
Znak za toploto je Q, enota pa J.
Kolikor toplote telo izmenja z okolico, tolikšna je sprememba notranje energije telesa. Velja ΔWn = Q . Sprememba temperature ni edini pokazatelj spremembe notranje energije. Notranja energija se spremeni pri spremembi agregatnega stanja, ki poteka pri stalni temperaturi.
Toplota
Snežak se tali, ker se je sneg zaradi prejete toplote segrel do tališča. Snežak od okolice prejema toploto, zato se mu veča notranja energija, to povečanje se kaže kot sprememba agregatnega stanja snega in ne kot sprememba temperature.
Notranja energija se spreminja tudi pri kemijskih reakcijah, na primer pri gorenju, gnitju, presnavljanju hrane …
Spremembo notranje energije lahko dosežemo tudi z delom. Telesa, ki jih obdelujemo, in orodja, ki jih pri tem uporabljamo, se segrejejo.
Prehajanje toplote
Toplota samodejno prehaja s toplejšega na hladnejše telo, dokler se temperaturi teles ne izenačita. Če sta telesi dobro toplotno izolirani od okolice, je prejeta toplota enaka oddani toploti. Zaradi prejemanja ali oddajanja toplote se telesoma spremeni notranja energija.
Kadar sta telesi različnih temperatur v tesnem stiku, toplota prehaja s telesa na telo s prevajanjem.
V kapljevinah in plinih toplota prehaja s kroženjem snovi. Segreta tekočina se dviga na površje, hladnejša pa spušča proti dnu. Pojav imenujemo konvekcija.
Toplota lahko prehaja s telesa na telo s sevanjem, brez segrevanja vmesne snovi. Sevajo vsa segreta telesa. Bolje sevajo segreta temna telesa, najbolje črna, najmanj pa svetla, svetleča se telesa. Sonce s sevanjem segreva zemeljsko površje.
Prehajanje toplote
