5.1 — Температура и внутренняя энергия

Температура характеризует тепловое состояние тела, а внутренняя энергия складывается из кинетической энергии хаотического движения частиц и потенциальной энергии их взаимодействия.

ФГОС · 8 классФОП · базовый уровеньинтерактивная модель

тепловое движениетемпературавнутренняя энергиятепловое равновесие

Физическая картина

Что происходит и какие границы имеет модель.

Главная идея

Тепловое движение не прекращается даже в покоящемся теле.
Внутреннюю энергию изменяют совершением работы или теплопередачей.
Термометр приходит с телом в тепловое равновесие и показывает температуру по выбранной шкале.

Как рассуждатьСначала назовите систему и взаимодействия, затем выберите величины и только после этого записывайте закон. Формула работает в пределах допущений модели.

Законы и величины

Символы следует читать как связь величин, а не как рецепт подстановки.

T=t+273

связь температур Кельвина и Цельсия

\Delta U=A+Q

два способа изменить внутреннюю энергию

Разбор ситуации

При трении ладоней механическая работа превращается во внутреннюю энергию: температура кожи повышается без подвода теплоты от нагревателя.

Связи и применение

В реальном мире

Проверка модели

Сравнивайте предсказание с наблюдением, оценивайте единицы, порядок величины и влияние неучтённых факторов. Расхождение не всегда означает ошибку закона: часто идеализация перестаёт быть достаточной.

Что нужно понимать

Результат 1Объяснять физический смысл темы «Температура и внутренняя энергия» через модель, а не только через формулу.

Результат 2Различать и корректно использовать термины: тепловое движение, температура, внутренняя энергия.

Результат 3Указывать условия применимости закона, проверять единицы и предельные случаи.

Термины темы

Определение должно указывать физический смысл, а не заменяться бытовым синонимом.

тепловое движение: Непрерывное хаотическое движение частиц вещества, интенсивность которого связана с температурой.
температура: Физическая величина, характеризующая тепловое состояние системы и направление самопроизвольного теплообмена.
внутренняя энергия: Сумма кинетической энергии хаотического движения частиц и потенциальной энергии их взаимодействия.
тепловое равновесие: Состояние, в котором соприкасающиеся системы имеют одинаковую температуру и макроскопический теплообмен прекращается.

Происхождение и вывод формул

Фундаментальный закон нельзя «доказать» алгеброй: для каждой записи указано, является ли она определением, экспериментальным законом или следствием модели.

T=t+273

определение

Связь температур кельвина и цельсия. Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.

0\,^\circ\mathrm{C}=273{,}15\,\mathrm{K}

Шкалу Кельвина вводят с тем же размером градуса, что у шкалы Цельсия, но с началом при абсолютном нуле.

T=t+273{,}15\approx t+273

Поэтому к температуре по Цельсию прибавляют смещение начал шкал; в школьных расчётах 273,15 округляют до 273.

Условия: Температуры выражены в кельвинах и градусах Цельсия; запись с 273 является школьным округлением и не применяется к разностям температур. Контроль: Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.

\Delta U=A+Q

постулат или модель

Два способа изменить внутреннюю энергию. Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.

Q>0,\quad A>0

Первый закон термодинамики устанавливает соглашение: переданная телу теплота и работа внешних сил над телом увеличивают его внутреннюю энергию.

\Delta U=Q+A

Закон сохранения энергии требует сложить оба канала передачи энергии; это физический постулат, а не алгебраическое доказательство.

Условия: Замкнутая термодинамическая система без изменения макроскопической кинетической и потенциальной энергии; A означает работу над системой, Q положительно при подводе теплоты. Контроль: Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.

Границы модели и типичные ошибки

Ошибка: забыть условие моделиНельзя переносить формулу на любую ситуацию только из-за совпадения букв. Ключевое условие этой темы: Тепловое движение не прекращается даже в покоящемся теле.

Как проверить рассуждениеВнутреннюю энергию изменяют совершением работы или теплопередачей. Затем проверьте единицы, направление векторов и поведение результата при нулевом или очень большом параметре.

Вывод по теме

Температура и внутренняя энергия

Тепловое движение не прекращается даже в покоящемся теле.
Внутреннюю энергию изменяют совершением работы или теплопередачей.
Любой численный результат сопровождается единицей, знаком и объяснением его физического смысла.

Содержание сверено с ФРП по физике ООО/СОО 2025 года и тематикой действующих линий ФПУ: И. М. Пёрышкин и соавторы (7–9), Г. Я. Мякишев и соавторы (10–11); углубления — с линиями «Инженеры будущего» и В. А. Касьянова. Формулировки оригинальные, тексты учебников не воспроизводятся.