Ответь на вопросы

Краткий ответ

1. Если над телом совершают работу, его внутренняя энергия увеличивается, обычно тело нагревается.
2. При нагревании воды в закрытой пробирке образуется пар, который выталкивает пробку. Значит, пар за счёт своей внутренней энергии совершает работу.
3. Примеры: нагревание спицы в горячей воде, охлаждение чая, таяние льда, нагревание предметов солнечными лучами.
4. Молекулы горячей воды передают энергию молекулам спицы при столкновениях. Поэтому колебания частиц металла усиливаются, и спица нагревается.

Объяснение

1. Совершение работы над телом

Например, при быстром сжатии воздуха насосом внешние силы совершают работу над воздухом. Энергия движения поршня передаётся частицам воздуха:

\[ A \rightarrow \Delta U \]

Внутренняя энергия воздуха увеличивается, его температура повышается.
Если же тело само совершает работу, его внутренняя энергия уменьшается.

2. Опыт

Нальём немного воды в пробирку и плотно закроем её пробкой. Будем нагревать пробирку. Вода превратится в пар, давление пара увеличится, и он вытолкнет пробку.

При этом внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию движущейся пробки. Следовательно, за счёт внутренней энергии тело может совершать работу.

3. Изменение внутренней энергии теплопередачей

• металлическая спица нагревается в горячей воде;
• чай остывает, передавая энергию окружающему воздуху;
• лёд тает в тёплой комнате;
• поверхность Земли нагревается солнечными лучами;
• вода в кастрюле нагревается от горячего дна и перемешивается потоками.

Во всех случаях энергия передаётся от более нагретого тела к менее нагретому.

4. Нагревание спицы

Молекулы горячей воды движутся быстрее, чем частицы холодной спицы. При столкновениях они передают спице часть своей энергии. Частицы металла начинают колебаться сильнее, поэтому увеличивается внутренняя энергия и температура спицы.

Передача энергии продолжается до тех пор, пока температура воды и спицы не станет почти одинаковой.