Глава 3. Тепловые явления, газов и твёрдых тел

§ 19. Внутренняя энергия

Какую энергию называют кинетической; потенциальной?

Приведите примеры, когда тело, обладающее кинетической (потенциальной) энергией, совершает работу.

1. Как вы уже знаете, существует два вида механической энергии: кинетическая и потенциальная. Кинетической энергией обладает любое движущееся тело; она зависит от массы тела и его скорости. Потенциальная энергия определяется взаимным расположением взаимодействующих между собой тел. Потенциальная энергия тела, поднятого над землёй, зависит от его массы и расстояния между телом и землёй.

Если тело обладает энергией, то оно может совершить работу. При совершении работы энергия тела изменяется. Значение работы равно изменению энергии тела.

2. Проделаем опыт. Возьмём толстостенный стеклянный сосуд, дно которого покрыто водой, закроем его пробкой с пропущенной через неё трубкой. Вода в сосуде будет испаряться, и в воздухе, находящемся в нём, будет присутствовать водяной пар. Соединим трубку с насосом и начнём накачивать в сосуд воздух. Через некоторое время пробка из сосуда вылетит и в нём образуется туман (рис. 60).

образуется туман

Туман — это превратившийся в воду водяной пар. Такое превращение происходит при понижении температуры. Следовательно, температура воздуха в сосуде понизилась. Возникает вопрос: почему это произошло?

3. Пробка вылетела из сосуда, потому что находившийся в нём воздух действовал на пробку с определённой силой и, выталкивая её, совершил работу. Вы знаете, что работу тело может совершить, если оно обладает энергией. Следовательно, воздух в сосуде обладал энергией.

При совершении воздухом работы понизилась его температура, изменилось его состояние. Механическая энергия воздуха при этом не изменилась: в момент вылета пробки не изменились ни его скорость, ни его положение относительно Земли. Следовательно, работа была совершена не за счёт механической, а за счёт какой-то другой энергии. Эта энергия — внутренняя энергия воздуха, находящегося в сосуде.

4. Что же такое внутренняя энергия тела? Вы знаете, что все тела состоят из частиц, которые находятся в непрерывном хаотическом движении и взаимодействуют друг с другом. Поскольку частицы находятся в движении, они обладают кинетической энергией, а так как они взаимодействуют друг с другом, то обладают и потенциальной энергией.

Внутренней энергией тела называют сумму кинетической энергии теплового движения частиц, из которых состоит тело, и потенциальной энергии их взаимодействия.

Внутреннюю энергию обозначают буквой U. Единицей внутренней энергии является джоуль (1 Дж).

Окончание >>>