Глава 3. Тепловые явления, газов и твёрдых тел

§ 20. Способы изменения внутренней энергии

Что называют механической работой?

Как связаны внутренняя энергия и температура тела?

1. Вы уже знаете, что внутренняя энергия тела зависит от его температуры. Чем выше температура тела, тем больше внутренняя энергия. И наоборот, чем ниже температура тела, тем внутренняя энергия меньше. Значит, по изменению температуры тела можно судить об изменении его внутренней энергии. Рассмотрим способы изменения внутренней энергии тела.

В рассмотренном в предыдущем параграфе опыте (см. рис. 60) внутренняя энергия смеси воздуха и паров воды в сосуде уменьшалась при совершении ею работы по выталкиванию пробки. Температура смеси при этом понижалась, о чём свидетельствовало появление тумана.

Можно проделать другой опыт. Если по куску свинца несколько раз ударить молотком, то даже на ощупь можно определить, что кусок свинца нагреется. Следовательно, его внутренняя энергия, так же как и внутренняя энергия молотка, увеличилась. Это произошло потому, что была совершена работа над куском свинца.

Таким образом, внутренняя энергия тела изменяется при совершении работы. При этом если тело само совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается, а если над ним совершают работу, то его внутренняя энергия увеличивается.

Мерой изменения внутренней энергии тела в процессе совершения работы является величина работы А.

2. Вновь обратимся к примеру с металлической ложкой, опущенной в горячий чай. С такой ситуацией вы в жизни сталкиваетесь постоянно и хорошо знаете, что ложка через некоторое время тоже становится горячей. В этом случае работа не совершается, однако внутренняя энергия ложки увеличивается, о чём и свидетельствует повышение её температуры.

Поскольку вначале температура воды выше, чем температура ложки, то и средняя скорость молекул воды больше. А это значит, что молекулы воды обладают большей кинетической энергией, чем частицы металла, из которого сделана ложка. При столкновениях с частицами металла молекулы воды передают им часть своей энергии, и кинетическая энергия частиц металла увеличивается. Кинетическая энергия молекул воды при этом уменьшается.

В рассмотренном примере внутренняя энергия тел изменяется путём теплопередачи.

Теплопередачей называют способ изменения внутренней энергии тела, при котором энергия передаётся от одной части тела к другой или от одного тела к другому без совершения работы.

Таким образом, возможны два способа изменения внутренней энергии: совершение работы и теплопередача.

Окончание >>>