1.6.2 Способи зміни внутрішньої енергії тіла

Тепло й холод - це дві руки природи,
якими вона робить майже все. Бекон

Спробуємо накачати велосипедну камеру насосом, то відчуємо, що насос нагрівся. Головною причиною нагрівання є в цьому випадку не тертя, а стиск повітря: стискаючи повітря, ми виконували роботу, збільшуючи внутрішню енергію газу.

Якщо помістити на дно товстостінного прозорого циліндра суху ватку й різко вставити поршень у циліндр, ватка загориться. Чому?

Це відбулося внаслідок сильного стиску: повітря в циліндрі на­грілося до дуже високої температури.

А чи зміниться внутрішня енергія газу, якщо при розширенні газ сам виконає роботу?

Будемо накачувати повітря в товстостінну скляну посудину, щільно закриту пробкою. Коли тиск повітря в посудині стане до­сить великим, пробка вискочить, причому в посудині з'явиться ту­ман.

У цьому досліді газ, розширюючись, виконав роботу, передав­ши пробці механічну енергію. При цьому внутрішня енергія газу зменшилася.

Потріть один брусок об інший — вони нагріваються. Потріть швидко долоні. Ви відчули, що вони нагрілися? Виходить, їхня внутрішня енергія збільшилася. У цьому випадку механічна енер­гія переходить у внутрішню: ми виконуємо роботу, долаючи силу тертя.

Таким чином,   внутрішню енергію можна змінити, виконавши роботу — за ра­хунок стиску (розширення) газу або за допомогою тертя

По-перше, сильне нагрівання газу при стиску використовують у дизельних двигунах,установлених в автомобілях, тракторах, кораблях.

По-друге, у наших дослідах ми змоделювали появу хмар: під­німаючись, водяна пара розширюється й охолоджується, пере­творюючись у крапельки води.

По-третє, перехід частини внутрішньої енергії в механічну енергію відбувається в теплових двигунах, наприклад, в авто­мобільних. Розширюючись у циліндрі під поршнем, газ вико­нує роботу. При цьому газ охолоджується, тобто його внутріш­ня енергія зменшується

Опустимо в гарячий чай холодну ложку.

   Молекули гарячої води починають передавати частину своєї кінетичної енергії молекулам металу, і ті починають рухатися швидше. Кінетична енергія моле­кул води при цьому зменшується, а кінетична енергія частинок лож­ки — збільшується. Разом з кінетичною енергією змінюється й вну­трішня енергія, але ця зміна відбувається без виконання роботи.

 А чи можна змінити внутрішню енергію тіла, не виконуючи ро­боти?

 Звичайно, можна: так, гарячий чай у склянці остигає — його температура поступово наближається до кімнатної. А ложка, опу­щена в гарячий чай, нагрівається, її внутрішня енергія збільшу­ється. Але робота при цьому не відбувається.

  Зміну внутрішньої енергії тіла без виконання роботи назива­ють теплообміном.

Отже, існують два способи зміни внутрішньої енергії

 1) шляхом ви­конання механічної роботи;

2) шляхом теплообміну.

 Звернемо увагу, що зміна внутрішньої енергії тіла завжди відбувається за рахунок енергії інших тіл: при  вико­нанні роботи — за рахунок механічної енергії; при теплообміні — за рахунок зміни внутрішньої енергії.