If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

თუ ვებფილტრს იყენებთ, დარწმუნდით, რომ *.kastatic.org და *.kasandbox.org დომენები არ არის დაბლოკილი.

ძირითადი მასალა

ფიზიკა

თემა 5: გაკვეთილი 1

მუშაობა და ენერგია

რა არის თერმული ენერგია?

გაიგეთ, რა არის თერმული ენერგია და ისწავლეთ მისი გამოთვლა.

რა არის თერმული ენერგია?

თერმული ენერგია დაკავშირებულია სისტემის შინაგან ენერგიასთან, რომელიც პასუხისმგებელია ტემპერატურაზე. გათბობა არის თერმული ენერგიის დინება. ფიზიკის ერთ-ერთი დარგი, თერმოდინამიკა, მთლიანად შეისწავლის სხვადასხვა სისტემებს შორის სითბოს ცვლასა და ამ პროცესში მუშაობის შესრულების თავისებურებებს (იხილეთ თერმოდინამიკის პირველი კანონი).
მექანიკის ამოცანებში ჩვენთვის ხშირად ხდება საინტერესო, თუ რა როლს ასრულებს თერმული ენერგია ენერგიის მუდმივობის უზრუნველოყოფაში. ენერგიის ცვლის ეფექტურობა რეალურ სისტემებში თითქმის ყოველთვის 100%-ზე ნაკლებია, რაც აისახება თერმულ ენერგიაში. ეს ენერგია ხშირად დაბალი დონის თერმული ენერგიის ფორმაშია. დაბალი დონის ნიშნავს, რომ თერმულ ენერგიასთან დაკავშირებული ტემპერატურა გარემოსთან ახლოა. მუშაობის მიღება მხოლოდ მაშინაა შესაძლებელი, როდესაც ტემპერატურის სხვაობა გვაქვს, ამრიგად დაბალი დონის თერმული ენერგია ენერგიის გადასვლაში „გზის დასასრულს" წარმოადგენს. გამოყენებადი მუშაობის შესრულება აღარაა შესაძლებელი; ახლა ენერგია 'იკარგება გარემოში'.

ხახუნით გამოწვეული თერმული ენერგია

განვიხილოთ სიტუაცია, რომ ადამიანი აწვება ყუთს და ამოძრავებს მას მუდმივი სიჩქარით უხეშ ზედაპირზე, როგორც ეს სურათ 1-ზეა ნაჩვენები. რადგან ხახუნის ძალა არაკონსერვატიულია, შესრულებული მუშაობა არ შეინახება პოტენციური ენერგიის სახით. ხახუნის ძალის მიერ შესრულებული სრული მუშაობა გადადის ზედაპირისა და ყუთის სისტემის სითბურ ენერგიაში. ეს სითბური ენერგია სითბოს სახით გადადის როგორც ზედაპირზე, ასევე ყუთზე და იწვევს მათი ტემპერატურის ზრდას.
სურათი 1: ადამიანი აწვება ყუთს, რომელზეც მოქმედებს ხახუნის ძალა.
სურათი 1: ადამიანი აწვება ყუთს, რომელზეც მოქმედებს ხახუნის ძალა.
ზედაპირისა და ყუთის სისტემის სრული სითბური ენერგიის ცვლილების, delta, E, start subscript, T, end subscript, პოვნა შეიძლება იმ მუშაობის პოვნით, რომელიც ადამიანმა შეასრულა, როცა ყუთს აწვებოდა. გავიხსენოთ, რომ ყუთი მოძრაობს მუდმივი სიჩქარით; ეს ნიშნავს, რომ ადამიანის მხრიდან ყუთზე მოქმედი და ხახუნის ძალები მოდულით ერთმანეთის ტოლია. შესაბამისად, ამ ძალების მიერ შესრულებული მუშაობებიც ტოლი იქნება.
d მანძილზე გადაადგილების პარალელურად მოდებული ძალის მიერ შესრულებული მუშაობის განმარტების გამოყენებით:
W, equals, F, dot, d
delta, E, start subscript, T, end subscript, equals, F, start subscript, ხ, ა, ხ, უ, ნ, ი, end subscript, dot, d
თუ კინეტიკური ხახუნის კოეფიციენტია mu, start subscript, k, end subscript, მაშინ ამის ჩაწერა ასეც შეიძლება
delta, E, start subscript, T, end subscript, equals, mu, start subscript, k, end subscript, F, start subscript, n, end subscript, d
სავარჯიშო 1a: დავუშათ, სურათ 1-ზე ნაჩვენები ადამიანი აწვება ყუთს და ინარჩუნებს მუდმივ სიჩქარეს. ყუთის მასაა 100, space, კ, გ და ის გადაადგილდება 100, space, მ მანძილზე. კინეტიკური ხახუნის კოეფიციენტი ზედაპირსა და ყუთს შორის არის mu, start subscript, k, end subscript, equals, 0, comma, 3. რა რაოდენობის სითბური ენერგია გადავა ზედაპირისა და ყუთის სისტემაზე?
სავარჯიშო 1b: როდესაც ადამიანი აწვება ყუთს, მისი ფეხსაცმლის ძირებსა და ზედაპირს შორისაც წარმოიქმნება ხახუნის ძალა. იცვლება თუ არა ფეხსაცმლის სითბური ენერგია ყუთზე მიწოლისას?

სითბური ენერგია შუბლური წინაღობიდან

არაკონსერვატიული ძალის კიდევ ერთი მაგალითია დენად გარემოში, როგორებიცაა ჰაერი ან წყალი, სხეულზე მოქმედი შუბლური წინაღობის ძალა.
როდესაც სხეული მოძრაობს დენად გარემოში, გარემოს გადაეცემა გარკვეული იმპულსი და ის იწყებს მოძრაობას. გარემოს გარკვეული მოძრაობა გრძელდება იმ შემთხვევაშიც, თუ სხეული შეწყვეტს მოძრაობას. ცოტა ხანში ეს მოძრაობაც მიილევა. ამ დროს ხდება ის, რომ დენადი გარემოს მოძრაობა დიდ მასშტაბში განაწილდება მოლეკულების შემთხვევით მოძრაობაში უფრო მცირე მანძილებზე. ეს მოძრაობები კი წარმოადგენს სისტემის სითბურ ენერგიას.
სურათ 2-ზე ნაჩვენებია სისტემა, რომელიც შეიცავს თერმულად იზოლირებულ წყლის ავზს, რომელშიც მოთავსებულია ლილვი. ლილვზე, რომელიც თავისი ღერძის გარშემო ბრუნავს, მიმაგრებულია ორი ფრთა. ამ სისტემაში ნებისმიერი მუშაობა, რომელიც ლილვის დასატრიალებლად იხარჯება, გადადის წყლის კინეტიკურ ენერგიაში. როდესაც მაბრუნებელი ძალა აღარ არსებობს და ლილვი ჩერდება, წყალი მაინც აგრძელებს გარკვეულ მოძროაბს და ამ მოძროაბის მილევა იწვევს წყლის სითბური ენერგიის ზრდას.
საინტერესოა, რომ სურათ 2-ზე ნაჩვენები სისტემის მსგავს სისტემას იყენებდა ჯეიმს პრესკოტ ჯოული (1818 – 1889), ვის საპატივცემულოდაც დაერქვა სახელი SI სისტემის ენერგიის ერთეულს. ვეშაპის ცხიმის ავზში მოთავსებული ფრთებიანი ბორბლის გამოყენებით მან შეძლო და დაადგინა კავშირი მექანიკურ ენერგიასა და სითბოს შორის, რასაც მივყავართ თერმოდინამიკის პირველ კანონამდე.
სურათი 2: წყლის ავზში მბრუნავი ფრთიანი ბორბალი.
სურათი 2: წყლის ავზში მბრუნავი ფრთიანი ბორბალი.
სავარჯიშო 2a: დავუშვათ, რომ სურათ 2-ზე გამოსახული ფრთებიანი ბორბალი ბრუნავს 10 ვტ სიმძლავრის მქონე ელექტრული ძრავით 30 წუთის განმავლობაში. რა რაოდენობის სითბური ენერგია გადაეცემა წყალს?
სავარჯიშო 2b (გაფართოება): თუ ავზი თავდაპირველად შეიცავს 10, degrees, C ტემპერატურის მქონე 1, space, ლ წყალს, როგორი იქნება წყლის ტემპერატურა ძრავის გამორთვის და წყლის მოძრაობის მილევის შემდეგ?