Тепловое движение и температура 8 класс

Тепловое движение и внутренняя энергия

Все тела состоят из молекул и атомов, которые непрерывно и беспорядочно движутся. Это движение называют тепловым. Оно никогда не прекращается: чем выше температура тела, тем быстрее в среднем движутся его частицы. Доказательство теплового движения — броуновское движение и диффузия (самопроизвольное перемешивание веществ).

Внутренняя энергия тела — это сумма кинетической энергии движения всех его частиц и потенциальной энергии их взаимодействия. В отличие от механической энергии, она зависит не от положения тела в пространстве, а от его температуры, массы и строения.

Что такое температура

Температура — мера средней кинетической энергии хаотического движения частиц тела. Чем быстрее движутся молекулы, тем выше температура. Измеряют её термометром в градусах Цельсия (°C) или в кельвинах (K) по абсолютной шкале.

Важно понимать: температура — это не «количество тепла». Чашка кипятка и ведро тёплой воды могут иметь разную температуру, но в ведре запасено больше внутренней энергии из-за большой массы.

Как изменить внутреннюю энергию

Существует два принципиально разных способа:

• Совершением работы — трением, ударом, сжатием. Согните проволоку несколько раз — место сгиба нагреется.
• Теплопередачей — нагревом или охлаждением без работы: на солнце, у костра, в холодильнике.

Сравнение способов изменения внутренней энергии

Признак	Совершение работы	Теплопередача
Что происходит	Над телом или телом совершается работа	Энергия переходит от тела к телу
Пример нагрева	Трение ладоней, сжатие газа	Нагрев на плите, на солнце
Пример охлаждения	Расширение сжатого газа	Остывание чая в комнате

Разбор примера

Почему велосипедный насос нагревается при накачивании шины?

1) Поршень сжимает воздух внутри насоса — совершается работа над газом. 2) Энергия движения поршня переходит во внутреннюю энергию газа. 3) Средняя скорость молекул газа растёт — значит, растёт температура. 4) Часть энергии передаётся стенкам насоса теплопроводностью, и они нагреваются. Вывод: внутренняя энергия выросла за счёт совершения работы, без всякого нагрева снаружи.

Частые ошибки: говорят «тело содержит тепло». Тепло — это не запас, а процесс передачи энергии; запасает тело именно внутреннюю энергию. Ещё путают температуру и внутреннюю энергию: при одинаковой температуре тело большей массы хранит больше внутренней энергии.

Карта расчётных задач о тепловых процессах

До выбора формулы нарисуйте последовательность состояний: что нагревается, меняет фазу, охлаждается или совершает работу? Одной формулой Q = cmΔT нельзя описать любой переход. Ниже — предметная карта без привязки к номеру экзаменационного задания: нумерацию и требования проверяют по версии экзамена отдельно.

Процесс	Модель	Что проверить
Нагрев одной фазы	Q = cmΔT	Фаза и приблизительно постоянная c
Плавление при температуре плавления	Q = λm	Тело уже нагрето до перехода
Парообразование при заданных условиях	Q = Lm	Включён ли предварительный нагрев
Смешивание в калориметре	ΣQ = 0 для изолированной системы	Теплоёмкость сосуда и потери
Газ получает тепло и расширяется	Q = ΔU + A газа	Знак и работа по графику p(V)

Оригинальная многоэтапная задача

0,20 кг льда при −10 °C нужно превратить в воду при 20 °C. Считаем нормальное давление, теплоизоляцию от лишних потерь, c льда = 2100, c воды = 4200 Дж/(кг·К), λ = 3,34·10⁵ Дж/кг.

1. Нагрев льда: Q₁ = 2100·0,20·10 = 4200 Дж. 2. Плавление: Q₂ = 3,34·10⁵·0,20 = 66 800 Дж. 3. Нагрев воды: Q₃ = 4200·0,20·20 = 16 800 Дж. Итого Q = 87 800 Дж = 87,8 кДж. Если полезная мощность 400 Вт, идеализированное время Q/P ≈ 220 с.

Четыре проверки перед ответом

Все массы в согласованных единицах? Участок смены фазы не посчитан как рост температуры? Вода полностью растаяла или её массы хватило только на часть перехода? Включены ли сосуд, внешняя работа и потери, если они заданы? При недостаточной энергии конечное состояние определяют из баланса, а не заранее назначают жидкость.

Подведённая теплота Q положительна, отведённая в этой знаковой системе отрицательна. Если задача просит модуль «сколько отдали», ответ дают положительным, объясняя смысл. Температура и внутренняя энергия не одно и то же: при плавлении в простой равновесной модели температура постоянна, а внутренняя энергия меняется.

Справочные материалы: Тепловое движение и внутренняя энергия — исходная тема. Связанные уроки: Основы молекулярно-кинетической теории, Что такое влажность воздуха.

Кратко о главном

• Тепловое движение частиц непрерывно; его скорость растёт с температурой.
• Внутренняя энергия — энергия движения и взаимодействия всех частиц тела.
• Температура — мера средней кинетической энергии частиц, а не запас тепла.
• Изменить внутреннюю энергию можно работой или теплопередачей.
• Диффузия и броуновское движение доказывают непрерывность теплового движения.