Podstawy termodynamiki w fizyce

Energia wewnętrzna i temperatura

Każde ciało ma w sobie ukrytą energię wewnętrzną - to suma wszystkich energii cząsteczek, z których się składa. Wyobraź sobie miliardy malutkich kulek poruszających się w różnym tempie!

Ta energia zależy od trzech rzeczy: temperatury, ile masz substancji (masa) i z czego jest zrobiona. Im więcej cząsteczek i im szybciej się ruszają, tym więcej energii.

Temperatura mówi nam, jak szybko poruszają się cząsteczki. Wysoka temperatura = szybkie cząsteczki, niska temperatura = wolne cząsteczki. W fizyce używamy skali Kelvina, gdzie dodajemy 273 do stopni Celsjusza.

Ciekawostka: Zero absolutne $-273°C lub 0K$ to temperatura, przy której wszystkie cząsteczki przestają się ruszać!

Zmiana energii i pierwsza zasada termodynamiki

Energię wewnętrzną możesz zmienić na dwa sposoby: wykonując pracę (uderzanie, ścieranie, gniecenie) lub przekazując ciepło (promieniowanie, przewodnictwo).

Pierwsza zasada termodynamiki brzmi prosto: zmiana energii wewnętrznej = praca + dostarczone ciepło. Wzór: Eu = W + Q.

Ciepło właściwe pokazuje, ile energii potrzebujesz, żeby ogrzać 1 kg substancji o 1°C. Wzór do zapamiętania: Q = Cw × m × ΔT. Dla wody to 4200 J/(kg·°C) - dlatego woda tak długo się grzeje!

Konwekcja to sposób przenoszenia ciepła - ciepły gaz lub ciecz unosi się do góry, a na jego miejsce spływa zimny. Tak działają kaloryfery i garnki z zupą.

Do zapamiętania: Ciała mogą przechodzić między trzema stanami skupienia: stałym, ciekłym i gazowym przez topnienie, skraplanie i resublimację.