Внутренняя кинетическая энергия
Внутренняя кинетическая энергия — энергия теплового движения молекул вещества: колебаний, вращения и поступательного движения. Её мерой служит температура: чем выше средняя кинетическая энергия молекул, тем выше температура тела. При подводе теплоты она растёт, при отводе — уменьшается.
Внутренняя кинетическая энергия — это энергия движения молекул. Молекулы всегда находятся в состоянии быстрой постоянной вибрации. Интенсивность и степень данных колебаний зависят от количества внутренней кинетической энергии, которой обладает вещество. Один из методов изменения внутренней кинетической энергии вещества заключается в том, чтобы передать ему теплоту. Всякий раз, когда тепловая энергия переходит в вещество, она увеличивает интенсивность вибрации молекул. И наоборот, передача теплоты от вещества уменьшает его внутреннюю кинетическую энергию, и движение его молекул уменьшается.
Существуют отношения между кинетической энергией, уровнем колебаний молекул и температурой. Температура вещества указывает на среднюю скорость колебаний молекул и, следовательно, на количество кинетической энергии, которая сохранена в молекулах. Если внутренняя кинетическая энергия вещества увеличивается, молекулярные колебания и температура также увеличиваются. Точно так же при уменьшении внутренней кинетической энергии уменьшаются колебания молекул и температура, что отражает уменьшение количества сохраненной энергии, которую можно преобразовать в работу.
Кинетическая энергия твёрдого тела
Поступательное движение. Скорости всех точек тела одинаковы:
T = mV²2, где m — масса тела.
Вращательное движение вокруг оси z с угловой скоростью ω. Для элемента массы dm на расстоянии ρ от оси:
dT = 12dm·(ω·ρ)² = 12ω²ρ²·dm; T = 12ω²∫ρ²dm = 12Izω²
Плоское движение:
T = 12mVC² + 12IzCω²
где IzC — момент инерции относительно оси z, проходящей через центр тяжести тела C, VC — скорость центра тяжести.
Согласно кинетической теории, если температура тела понижается до абсолютного нуля (−273,15 °C), его доступная внутренняя кинетическая энергия также уменьшается до нуля. В этой точке кинетическую энергию, сохраненную в молекулах, больше нельзя преобразовать в работу. Хотя температуру молекул можно понизить до абсолютного нуля, точка недоступной кинетической энергии может быть достигнута только теоретически.
Энергия движения молекул и температура
Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы: E = 3/2 · k · T, где k = 1,38·10⁻²³ Дж/К, T — абсолютная температура. Чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы. При ударе, трении или торможении кинетическая энергия тела переходит во внутреннюю — тело нагревается.
Смежная тема — в статье теплота.
Частые вопросы
Что такое внутренняя кинетическая энергия?
Сумма кинетических энергий хаотического движения молекул вещества; от неё зависит температура тела.
Чем внутренняя кинетическая энергия отличается от потенциальной?
Кинетическая связана с движением молекул и определяет температуру, потенциальная — с силами взаимодействия между молекулами и изменяется при фазовых переходах при постоянной температуре.
Как преобразовать кинетическую энергию во внутреннюю?
Трением, ударом или торможением: упорядоченное движение тела переходит в хаотичное движение молекул, и тело нагревается.
По теме: Преобразование теплоты и работы.
Читайте также