Девочка переместила книгу со стола на верхнюю полку книжного шкафа совершив при этом некоторую работу. изменилась ли внутренняя энергия книги?

Коротко: внутренняя энергия книги в идеализированном приближении не меняется. Энергия, которую затратила девочка, идёт на увеличение потенциальной энергии книги (гравитационной), а не на изменение микроскопического состояния самой книги. Пошагово: 1) Что движется - Книга перемещается вверх на высоту h. В конце она стоит спокойно (малая, пренебрежимо малая конечная скорость). 2) Какие энергии участвуют - Кинетическая энергия книги K: в процессе перемещения она практически не накапливается (медленно и quasi-static), поэтому ΔK ≈ 0. - Гравитационная потенциальная энергия Ug: увеличивается на ΔUg = m g h, где m — масса книги, g — ускорение свободного падения. - Внутренняя энергия Uint книги: энергия микростояний молекул внутри книги (термодинамическое тепло, нагрев и пр.). 3) Энергетический баланс - Работа, совершённая мышцами девочки W, идёт на изменение энергий системы: W = ΔK + ΔUg + ΔUint. Поскольку ΔK ≈ 0 и (при условии отсутствия заметного нагрева) ΔUint ≈ 0, то W ≈ ΔUg = m g h. - Следовательно, энергия, затраченная на подъём, идёт в повышение гравитационной потенциал книги. Внутренняя энергия остаётся практически неизменной. 4) Но что, если учесть реальность? - При реальном перемещении часть энергии может преобразоваться в тепло в руке, воздухе, контактах и т. п. Это небольшое количество энергии может немного повысить внутреннюю энергию книги и её температуру, но в обычной задаче оно настолько мало, что можно пренебречь. - Примерно оценить: если книга масса около 0.5 кг, поднимем на 1 м, энергия m g h ≈ 0.5×9.8×1 ≈ 4.9 Дж. Это незначительно скажется на температуре книги (ΔT ≈ Q/(m c); c для дерева/бумаги ~1000 Дж/(kg·K), тогда ΔT примерно 0.01 K). 5) Ответ - В идеализированной задаче: внутренняя энергия книги не изменяется. - Энергия работы, совершённой девочкой, идёт в увеличение её гравитационной потенциальной энергии: ΔUg = m g h. - В реальности возможна очень малая прибавка внутренней энергии за счёт трения и нагрева, но она пренебрежимо мала по сравнению с m g h. Итог: внутренняя энергия книги не изменилась; энергия поднятия превратилась в её потенциальную энергию.