Номер 2, страница 108 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

2. Какими способами можно изменить внутреннюю энергию тела или системы тел?

Внутренняя энергия ($U$) термодинамической системы — это сумма кинетической энергии хаотического движения составляющих её частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия. Внутреннюю энергию тела или системы тел можно изменить двумя способами: совершением работы и теплопередачей. Эти способы лежат в основе первого закона термодинамики.

Способ 1: Совершение механической работы

Внутренняя энергия системы изменяется, когда совершается работа. Если работа совершается внешними силами над системой, её внутренняя энергия увеличивается. Например, при быстром сжатии газа в насосе его внутренняя энергия и температура растут, что можно почувствовать, дотронувшись до насоса. И наоборот, если система сама совершает работу над внешними телами (например, газ расширяется и толкает поршень), её внутренняя энергия уменьшается. Другие примеры увеличения внутренней энергии за счет работы: нагревание гвоздя при забивании его молотком, повышение температуры куска проволоки при многократных сгибаниях.

Способ 2: Теплопередача (теплообмен)

Теплопередача — это процесс изменения внутренней энергии, который происходит без совершения механической работы. Энергия, которая передается от одного тела к другому в процессе теплообмена, называется количеством теплоты ($Q$). Существует три вида теплопередачи:

Теплопроводность — это перенос энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц. Этот механизм характерен для твёрдых тел, жидкостей и газов. Пример: нагревание металлической ложки, опущенной в горячий чай.

Конвекция — это перенос энергии потоками жидкости или газа. Более тёплые, менее плотные слои вещества поднимаются вверх, а более холодные и плотные опускаются на их место, создавая циркуляционные потоки. Пример: нагревание воды в кастрюле на плите, возникновение ветров.

Излучение (тепловое излучение) — это перенос энергии посредством электромагнитных волн. Любое нагретое тело излучает энергию. Этот вид теплопередачи может происходить в вакууме. Пример: тепло, которое мы ощущаем от Солнца, костра или раскалённой лампы накаливания.

Связь между изменением внутренней энергии, работой и теплотой устанавливает первый закон термодинамики. Изменение внутренней энергии системы ($\Delta U$) равно сумме работы внешних сил ($A$) и количества теплоты ($Q$), переданного системе:

$\Delta U = A + Q$

В этой формулировке $A > 0$, если над системой совершают работу, и $Q > 0$, если система получает тепло. Если система сама совершает работу или отдает тепло, соответствующие величины в формуле будут отрицательными.

Ответ: Внутреннюю энергию тела или системы тел можно изменить двумя способами: 1) совершением механической работы; 2) теплопередачей (посредством теплопроводности, конвекции или излучения).