Внутренняя энергия

Опыт 196. Повторяется опыт 195.

Потенциальная и кинетическая энергии могут превращаться друг в друга.

Опыт 197. Массивный металлический шар падает на свинцовую пластину (рис. 140). Потенциальная энергия шара, поднятого над Землей, переходит в кинетическую энергию движения шара, но после удара о пластину нет видимого перехода кинетической энергии в потенциальную.

Рис. 140

Опыт 198. Повторяется опыт 197. Внимание обращается на то, что в результате удара шара о пластину она деформировалась. Измеряется температура пластины до и после удара шара.

В результате удара шара о пластину изменилось состояние пластины- она деформировалась и нагрелась.

Опыт 199. Под колоколом воздушного насоса находится цилиндр с поршнем. В цилиндре заключен воздух, а поршень нагружен гирей (рис. 141). При выкачивании воздуха из-под колокола, воздух в цилиндре начинает расширяться и поднимает гирю, совершая механическую работу.

Рис. 141

Воздух в цилиндре обладает энергией.

Опыт 200. В стакан с теплой водой опускают демонстрационный термометр (рис. 142). Столбик жидкости в термометре поднимается.

Рис. 142

Вода в стакане обладает энергией.

Энергию движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называют внутренней энергией тела.

Способы изменения внутренней энергии тела

Опыт 201. Цилиндр с поршнем, под которым заключен воздух, помещают в стакан с нагретой водой. Температуру воды измеряют термометром (рис. 143). По мере нагрева воздуха поршень поднимается на некоторую высоту. Высоту подъема поршня фиксируют.

Рис. 143

Опыт 202. Повторяется опыт 201 с водой, нагретой до более высокой температуры. Высота подъема поршня больше, чем в предыдущем опыте.

При повышении температуры тела внутренняя энергия тела увеличивается.

Опыт 203. Трубка, наполненная воздухом, плотно закрыта пробкой. Сквозь отверстие в пробке трубку соединяют с цилиндром, имеющим поршень (рис. 144). При натирании трубки веревкой поршень начинает выдвигаться из цилиндра.

Рис. 144

Внутреннюю энергию тела можно увеличить путем совершения работы над телом.

Опыт 204. Установка для демонстрации - как в опыте 203. Трубку, наполненную воздухом, нагревают над пламенем спиртовки (рис. 145). Поршень выдвигается из цилиндра, свидетельствуя об увеличении внутренней энергии тела.

Рис. 145

Процесс изменения внутренней энергии, при котором над телом не совершается работа, а энергия передается от одних частиц к другим, называют теплопередачей.

Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: совершением механической работы или теплопередачей.