1Ciepło i praca
- Oznaczenia: Q – ciepło [J]; W – praca wykonana nad układem [J] (w klasie III oznaczana Wnad); ΔU – zmiana energii wewnętrznej układu [J].
- Ciepło Q to energia przekazana między ciałami o różnych temperaturach – samorzutnie od cieplejszego do chłodniejszego.
- Praca W to energia przekazana przez działanie siły na pewnej drodze, np. tłok sprężający gaz albo pocieranie dłoni o dłoń.
- Ciepło przepływa przez przewodnictwo, konwekcję i promieniowanie (powtórka ze szkoły podstawowej).
2I zasada termodynamiki
ΔU = Q + W. Zmiana energii wewnętrznej układu jest równa sumie ciepła dostarczonego do układu i pracy wykonanej nad nim – to zasada zachowania energii.
- Znaki: Q > 0, gdy układ pobiera ciepło; Q < 0, gdy je oddaje. W > 0, gdy praca jest wykonana nad układem (sprężanie gazu); W < 0, gdy to układ wykonuje pracę (gaz rozpręża się i przesuwa tłok).
- Szybkie pompowanie: powietrze w pompce jest sprężane (W > 0), a ciepło nie zdąży uciec (Q ≈ 0), więc ΔU > 0 – powietrze i pompka się nagrzewają.
„gaz wykonał pracę 150 J, więc W = +150 J”
W zapisie ΔU = Q + W praca wykonana przez gaz ma znak minus: W = −150 J.
Dlaczego pompka rowerowa nagrzewa się przy szybkim pompowaniu?
Przy szybkim sprężaniu Q ≈ 0 i W > 0, więc ΔU > 0 i temperatura powietrza rośnie.
To jedno z 8 pytań quizu. Rozwiąż cały quiz →
3Przykłady
- Przykład 1. Dane: gaz pobrał Q = 300 J, a nad gazem wykonano pracę W = 200 J.
- Wzór: ΔU = Q + W.
- Obliczenia: ΔU = 300 J + 200 J = 500 J.
- Odpowiedź: energia wewnętrzna gazu wzrosła o 500 J.
- Przykład 2. Gaz pobrał Q = 400 J i wykonał pracę 150 J, czyli W = −150 J. Wtedy ΔU = 400 J + (−150 J) = 250 J – energia wewnętrzna wzrosła o 250 J.
- Ten sam wzrost U można uzyskać ciepłem albo pracą – po stanie ciała nie poznasz, w jaki sposób dostarczono mu energię.
✎Ściąga: Ciepło, praca i I zasada termodynamiki
Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.
- ΔU = Q + W. Zmiana energii wewnętrznej układu jest równa sumie ciepła dostarczonego do układu i pracy wykonanej nad nim – to zasada zachowania energii.
- Oznaczenia: Q – ciepło [J]; W – praca wykonana nad układem [J] (w klasie III oznaczana Wnad); ΔU – zmiana energii wewnętrznej układu [J].
- Ciepło Q to energia przekazana między ciałami o różnych temperaturach – samorzutnie od cieplejszego do chłodniejszego.
- Praca W to energia przekazana przez działanie siły na pewnej drodze, np. tłok sprężający gaz albo pocieranie dłoni o dłoń.
- Znaki: Q > 0, gdy układ pobiera ciepło; Q < 0, gdy je oddaje. W > 0, gdy praca jest wykonana nad układem (sprężanie gazu); W < 0, gdy to układ wykonuje pracę (gaz rozpręża się i przesuwa tłok).
- Przykład 1. Dane: gaz pobrał Q = 300 J, a nad gazem wykonano pracę W = 200 J.
- Przykład 2. Gaz pobrał Q = 400 J i wykonał pracę 150 J, czyli W = −150 J. Wtedy ΔU = 400 J + (−150 J) = 250 J – energia wewnętrzna wzrosła o 250 J.
?Quiz: powtórz przed kartkówką
8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.
Który zapis I zasady termodynamiki jest poprawny, gdy W oznacza pracę wykonaną nad układem?
- AΔU = Q + W
- BΔU = Q · W
- CΔU = Q − W
- DΔU = W/Q
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: ΔU = Q + W – Zmiana energii wewnętrznej jest sumą ciepła dostarczonego do układu i pracy wykonanej nad nim.
Gaz pobrał 300 J ciepła, a nad gazem wykonano 200 J pracy. Ile wynosi ΔU?
- A100 J
- B300 J
- C500 J
- D−100 J
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: 500 J – ΔU = Q + W = 300 J + 200 J = 500 J.
Gaz pobrał 400 J ciepła i wykonał pracę 150 J. Ile wynosi ΔU?
- A250 J
- B550 J
- C150 J
- D−250 J
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: 250 J – Gaz wykonał pracę, więc W = −150 J i ΔU = 400 J − 150 J = 250 J.
Kiedy W > 0 w zapisie ΔU = Q + W?
- AZawsze, gdy rośnie temperatura
- BGdy układ oddaje ciepło
- CGdy praca jest wykonana nad układem, np. przy sprężaniu gazu
- DGdy gaz się rozpręża
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: Gdy praca jest wykonana nad układem, np. przy sprężaniu gazu – W > 0 oznacza dostarczenie układowi energii przez pracę; rozprężający się gaz ma W < 0.
Dlaczego pompka rowerowa nagrzewa się przy szybkim pompowaniu?
- APowietrze traci energię wewnętrzną
- BTłok pochłania zimno
- CNad powietrzem wykonywana jest praca, a ciepło nie zdąży uciec, więc U rośnie
- DPowietrze w pompce się rozpręża
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: Nad powietrzem wykonywana jest praca, a ciepło nie zdąży uciec, więc U rośnie – Przy szybkim sprężaniu Q ≈ 0 i W > 0, więc ΔU > 0 i temperatura powietrza rośnie.
Układ oddał 50 J ciepła i nie wykonywano nad nim pracy. Jak zmieniła się jego energia wewnętrzna?
- AZmalała o 50 J
- BNie zmieniła się
- CWzrosła o 50 J
- DZmalała o 100 J
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: Zmalała o 50 J – Q = −50 J i W = 0, więc ΔU = −50 J.
Ciepło różni się od pracy tym, że ciepło jest energią przekazaną
- Atylko w gazach
- Bwskutek różnicy temperatur
- Cprzez działanie siły na pewnej drodze
- Dwyłącznie w próżni
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: wskutek różnicy temperatur – Przekazanie energii przez działanie siły to praca; ciepło przepływa dzięki różnicy temperatur.
I zasada termodynamiki jest szczególną postacią
- Aprawa Ohma
- Bzasady zachowania pędu
- Cprawa Archimedesa
- Dzasady zachowania energii
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: zasady zachowania energii – Opisuje bilans energii układu: zmiana energii wewnętrznej równa się energii przekazanej jako ciepło i praca.
Cały dział „Termodynamika”: ściąga i próbny sprawdzian →
Kartkówka albo sprawdzian już blisko?
Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.