Внутрішня енергія тіла не є якоюсь постійною величиною: у одного і того ж тіла вона може змінюватися. При підвищенні температури тіла внутрішня енергія тіла збільшується, так як збільшується середня швидкість, а значить, і кінетична енергія, молекул цього тіла. Зі зниженням же температури, навпаки, внутрішня енергія тіла зменшується. Таким чином, внутрішня енергія тіла змінюється при зміні швидкості руху його молекул. Якими ж способами можна збільшити або зменшити цю швидкість? Звернемося до досвіду.

На підставці (рис. 181) укріплена тонкостінна латунна трубка, в яку налито трохи ефіру, трубка щільно закрита пробкою. Трубку обвивають мотузкою і швидко рухають мотузку то в одну, то в іншу сторону. Через деякий час ефір закипить і його пар виштовхне пробку. Цей досвід показує, що внутрішня енергія ефіру, збільшилася: адже він нагрівся і навіть закипів. Збільшення внутрішньої енергії відбулося в результаті роботи, досконалої при натирання мотузкою трубки.

Тіла нагріваються також при ударах, розгинанні і згинанні, взагалі при деформації. У всіх цих випадках за рахунок досконалої роботи збільшується внутрішня енергія тіл.

Отже, внутрішню енергію тіла можна збільшити шляхом здійснення роботи над тілом. Якщо роботу виконує саме тіло, то внутрішня енергія його при цьому зменшується. Це можна спостерігати на наступному досвіді.

Беруть товстостінний скляний посуд, закритий пробкою. Через спеціальний отвір в посудину накачують повітря, в якому міститься водяна пара. Через деякий час пробка вискакує з посудини (рис. 182). У той момент, коли пробка вискакує, в посудині з'являється туман. Його поява означає, що повітря в посудині став холодніше (згадайте, що і на вулиці туман з'являється під час похолодання).

Що знаходиться в посудині стиснене повітря, виштовхуючи пробку, здійснює роботу. Цю роботу він робить за рахунок своєї внутрішньої енергії, яка при цьому зменшується. Про зменшення енергії ми судимо по охолодженню повітря в посудині.

Внутрішню енергію тіла можна змінити і в інший спосіб.

Відомо, що чайник з водою, що стоїть на плиті, металева ложка, опущена в склянку з гарячим чаєм, піч, в якій розлучений вогонь, дах будинку, що освітлюється сонцем, нагріваються. У всіх випадках підвищується температура тіл, а значить, збільшується і їх внутрішня енергія. Як пояснити її збільшення?

Як, наприклад, нагрівається холодна металева ложка, опущена в гарячий чай? Спочатку швидкість і кінетична енергія молекул гарячої води більше швидкості і кінетичної енергії частинок холодного металу. У тих місцях, де ложка стикається з водою, молекули гарячої води передають частину своєї кінетичної енергії частинкам холодного металу. Тому швидкість і енергія молекул води в середньому зменшується, а швидкість і енергія частинок металу збільшується: температура води зменшується, а температура ложки збільшується - температури їх поступово вирівнюються. Зі зменшенням кінетичної енергії молекул води зменшується і внутрішня енергія всієї води, що знаходиться в склянці, а внутрішня енергія ложки, збільшується.

Процес зміни внутрішньої енергії, при якому над тілом не відбувається робота, а енергія передається від одних частинок до інших, називають теплопередачей. Отже, внутрішню енергію тіла можна змінити двома способами: вчиненням механічної роботи або теплопередачей.

Коли тіло вже підігрітий, ми не можемо вказати, яким з двох способів це було зроблено. Так, тримаючи в руках нагріту сталеву спицю, ми не можемо сказати, яким способом її нагріли - натираючи її або поміщаючи в полум'я.

Питання. 1. Наведіть приклади, що показують, що внутрішня енергія тіла збільшується при здійсненні над тілом роботи. 2. Опишіть досвід, який показує, що за рахунок внутрішньої енергії тіло може зробити роботу. 3. Наведіть приклади збільшення внутрішньої енергії тіла способом теплопередачі. 4. Поясніть на основі молекулярної будови речовини теплопередачу. 5. Якими двома способами можна змінити внутрішню енергію тіла?

Завдання.

Покладіть пятикопеечную, монету на лист фанери або дерев'яну дошку. Притисніть монету до дошки і рухайте її швидко, то в одну, то в іншу сторону. Зауважте, скільки разів треба пересунути монету, щоб вона стала теплою, гарячою. Зробіть висновок про зв'язок між виконаною роботою і збільшенням внутрішньої енергії тіла.