Температура — это главная характеристика внутренней энергии тела

Простой пример. От чего зависит скорость растворения сахара в воде?

Возьмите два куска сахара и положите один в стакан с горячей водой, другой — в стакан с холодной водой. Вы увидите, что сахар в первом стакане растворится намного быстрее.

Причиной растворения сахара является диффузия. А причина диффузии — это движение молекул. Следовательно, молекулы при более высокой температуре движутся быстрее. Поэтому, горячая вода растворяет сахар быстрее, чем холодная.

Человек свою энергию может направлять на разные дела и поступки с пользой для себя, во имя любви или на благо человечества.

А какая польза от внутренней энергии тела?

Интересный пример. Почему водяной пар уже в XIX веке нашёл активное применение в промышленности?

Возьмём обычную воду. Она может находиться в различных агрегатных состояниях — лёд, вода, пар. При повышении температуры лёд превращается в воду, а при дальнейшем нагревании — в пар. То есть, процесс получения пара сопровождается поглощением теплоты, так как для разрыва связей между молекулами воды требуется дополнительная энергия. В газообразном состоянии связи между молекулами воды очень слабые, а вот энергия их взаимодействия очень большая.

У одного и того же вещества в твёрдом состоянии запас внутренней энергии меньше, чем в жидком состоянии, и запас внутренней энергии в жидком состоянии меньше, чем в газообразном (при неизменной массе).

Поскольку водяной пар обладает огромной внутренней энергией, то умные головы уже в XIX веке смогли найти ему полезное применение. Была изобретена паровая турбина, которая смогла преобразовывать внутреннюю энергию пара в механическую энергию вращения вала.

Работает турбина следующим образом: вода, нагреваясь в паровом котле, превращается в пар. Пар находится под большим давлением и имеет температуру 570–600°C. Пар направляется в сопло и в нём расширяется. Струи пара, обладающие большой кинетической энергией, поступают из сопла на лопасти турбины и приводят диск турбины в быстрое вращательное движение.

Итак, внутренняя энергия тела может быть использована с пользой для человека. А если быть более точным, то существенную роль играет не сама внутренняя энергия тела, а её изменение.

Теплопередача. Примеров процесса теплопередачи множество — нагревание чайника на плите, оконного подоконника в солнечный день и т.п. Однако никакая работа здесь не совершается.

Изменение внутренней энергии тела без совершения работы называется теплопередачей (или теплообменом). Существует три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность — это процесс теплообмена между телами (или частями тела) при их непосредственном контакте. Теплопроводность вещества зависит от его агрегатного состояния, пористости и других качеств. Ручки чайников, кастрюль делают из пластмассы, так как она обладает плохой теплопроводностью. Мех животных из-за плохой теплопроводности предохраняет их от охлаждения зимой и перегрева летом.

Конвекция представляет собой теплопередачу нагретыми потоками жидкости или газа от одних участков занимаемого ими объёма в другие. Конвекция невозможна в твёрдых телах. Примеры проявления конвекции: циркуляция воздуха в отапливаемой комнате, центральное водяное отопление, ветры, морские течения и т. д.

Теплообмен при излучении осуществляется на расстоянии посредством электромагнитных волн, которые излучает любое нагретое тело. Так, вся энергия, получаемая Землёй от Солнца, передается путём лучеиспускания. Тепло от костра передаётся человеку путём излучения энергии, так как теплопроводность воздуха мала, а конвекционные потоки направлены вверх.

Механическая работа. Изменение внутренней энергии тела происходит под действием силы трения. Как мы поступаем, когда зимой на улице замерзают руки? Мы трём их, то есть совершаем работу над руками и они нагреваются, а значит, увеличивается их внутренняя энергия.

Внутренняя энергия тела может измениться, если тело деформировать. Например, ударить, надавить, сжать, скрутить, растянуть и т. д. При этом изменяются расстояния между частицами, из которых оно состоит, следовательно, изменяется потенциальная энергия взаимодействия частиц. При неупругих деформациях, кроме того, изменяется температура тела, то есть изменяется скорость отдельных частей тела (следовательно, и кинетическая энергия движения частиц). Например, если кусок алюминиевой проволоки быстро изгибать в одном и том же месте то в одну, то в другую сторону, то это место нагреется.

1. Молоток нагревается, когда он лежит на солнце и когда им бьют по наковальне. Назовите способы изменения внутренней энергии молотка в обоих случаях.

3. В одной из своих работ известный английский физик и химик Роберт Бойль описал интересное наблюдение: «При вколачивании гвоздя в дерево шляпка его немного нагревается только после большого числа ударов молотка. Но когда гвоздь вбит, то достаточно нескольких ударов, чтобы сильно нагреть шляпку». Объясните этот факт.