§ 6. Способи зміни внутрішньої енергії

Що називають механічною роботою?

Як пов’язані внутрішня енергія і температура тіла?

Ви вже знаєте, що внутрішня енергія тіла залежить від його температури. Чим вища температура тіла, тим більша внутрішня енергія. І навпаки, чим нижча температура тіла, тим внутрішня енергія менша. Отже, за зміною температури тіла можна судити про зміну його внутрішньої енергії. Розглянемо способи зміни внутрішньої енергії тіла.

У розглянутому в попередньому параграфі досліді (див. рис. 12) внутрішня енергія суміші повітря і водяної пари в посудині зменшувалася при здійсненні сумішшю роботи з виштовхування корка. Температура суміші при цьому знижувалася, про що свідчила поява туману.

Можна виконати інший дослід. Якщо по шматку свинцю кілька разів ударити молотком, то навіть на дотик можна визначити, що шматок свинцю нагріється. Отже, його внутрішня енергія так само, як і внутрішня енергія молотка, збільшилася. Це сталося через те, що була здійснена робота над шматком свинцю.

Таким чином, внутрішня енергія тіла змінюється при виконанні роботи. При цьому якщо саме тіло виконує роботу, то його внутрішня енергія зменшується, а якщо над ним виконують роботу, то його внутрішня енергія збільшується.

Мірою зміни внутрішньої енергії тіла в процесі виконання роботи є значення виконаної роботи А.

Знову звернімося до прикладу з металевою ложкою, яку опустили в гарячий чай. З такою ситуацією ви в житті зустрічаєтесь постійно і добре знаєте, що ложка через деякий час теж стає гарячою. У цьому випадку робота не виконується, проте внутрішня енергія ложки збільшується, про що і свідчить підвищення її температури.

Оскільки спочатку температура води вища, ніж температура ложки, то це означає, що молекули води мають більшу кінетичну енергію, ніж частинки металу, з якого зроблено ложку. При зіткненнях з частинками металу молекули води передають їм частину своєї енергії, і кінетична енергія частинок металу збільшується. Кінетична енергія молекул води при цьому зменшується і відповідно зменшується температура води.

Також ви можете спостерігати нагрівання і інших тіл: камін, в якому розпалено багаття, обігірвач включений в електричну мережу (рис. 13) тощо. В наведених прикладах температура тіл зростає, а отже і збільшується їх внутрішня енергія. Такий процес зміни внутрішньої енергії називається теплообміном, або теплопередачею.

Теплообміном називають спосіб зміни внутрішньої енергії тіла, при якому енергія передається від однієї частини тіла до іншої або від одного тіла до іншого без здійснення роботи.

Таким чином, можливі два способи зміни внутрішньої енергії: здійснення роботи і теплообмін.

Запитання для самоперевірки

1.    Назвіть способи зміни внутрішньої енергії тіла.

2.    Наведіть приклади зміни внутрішньої енергії тіла при здійсненні роботи.

3.    Як змінюється внутрішня енергія тіла, коли воно здійснює роботу і коли над ним здійснюють роботу? Теплообмін з оточуючими тілами при цьому відсутній.

4.    Що відбувається із сірником при терті його об намазку сірникової коробки? Чи змінюється при цьому його внутрішня енергія?

5.    Що називають теплообміном?

6.    Наведіть приклади зміни внутрішньої енергії тіла шляхом теплообміну.

Завдання 6

і. Поясніть процес теплопередачі на основі молекулярно-кінетичної теорії будови речовини.

2_е. Придумайте і проведіть експеримент, в якому внутрішня енергія тіла змінюється при здійсненні роботи.

3_е. Потріть інтенсивно лодоні одна об одна кілька секунд. Як зміниться при цьому температура лодоней і чому?

4*. Чи може внутрішня енергія газу залишитися незмінною, якщо мають місце обидва способи її зміни — теплообмін і здійснення роботи?

Робота з комп’ютером

Вивчіть матеріал уроку і виконайте запропоновані в електронному додатку завдання.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Пістун