Номер 1.6, страница 4 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 1. Внутренняя энергия - номер 1.6, страница 4.

Условие.

1.6. Приведите примеры изменения внутренней энергии тела вследствие выполнения над ним работы.

Решение.

Решение

Внутренняя энергия тела – это сумма кинетической энергии хаотического движения составляющих его частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия. Согласно первому началу термодинамики, изменить внутреннюю энергию системы ($\Delta U$) можно двумя способами: совершив над ней работу ($A'$) или передав ей некоторое количество теплоты ($\text{Q}$). Математически это выражается формулой: $\Delta U = Q + A'$.

Рассмотрим случаи, когда изменение внутренней энергии происходит исключительно за счет совершения над телом механической работы, то есть при условии отсутствия теплообмена с окружающей средой ($Q=0$). В таких случаях всё изменение внутренней энергии равно совершенной работе: $\Delta U = A'$. Увеличение внутренней энергии обычно проявляется в виде повышения температуры тела.

Вот несколько примеров:

1. Нагревание при трении.
Когда мы быстро трем ладони друг о друга, мы совершаем работу против силы трения. Эта механическая работа преобразуется во внутреннюю энергию кожи ладоней, в результате чего они нагреваются. Аналогично, при торможении автомобиля тормозные колодки прижимаются к дискам, и работа силы трения приводит к значительному увеличению их внутренней энергии, то есть к сильному нагреву.

2. Сжатие газа.
Если резко сжать газ в теплоизолированном сосуде, например, в велосипедном насосе, зажав его выходное отверстие, то внешняя сила совершит работу над газом. Эта работа перейдет непосредственно во внутреннюю энергию газа, увеличив кинетическую энергию его молекул. В результате температура и давление газа возрастут. Именно поэтому корпус насоса ощутимо нагревается при работе.

3. Деформация тел.
Если взять кусок металлической проволоки и несколько раз быстро согнуть и разогнуть его в одном и том же месте, можно почувствовать, что место сгиба нагрелось. Прикладывая усилие для деформации, мы совершаем работу против внутренних сил в материале. Эта работа приводит к увеличению внутренней энергии в области деформации.

4. Неупругий удар.
При ударе молотком по куску свинца на наковальне, молоток и свинец нагреваются. Кинетическая энергия молотка перед ударом преобразуется в работу по деформации свинца и, как следствие, в увеличение внутренней энергии обоих тел. Это пример неупругого соударения, при котором механическая энергия не сохраняется, а переходит во внутреннюю.

5. Перемешивание вязкой жидкости.
При интенсивном перемешивании вязкой жидкости (например, меда или масла) ложкой или миксером, мы совершаем работу по преодолению сил внутреннего трения (вязкости) между слоями жидкости. Эта работа приводит к увеличению кинетической энергии хаотического движения молекул жидкости, то есть к росту ее внутренней энергии и, соответственно, температуры.

Ответ: Примерами изменения внутренней энергии тела за счет совершения над ним работы являются: нагревание ладоней при трении друг о друга; повышение температуры газа в насосе при его сжатии; нагрев проволоки при ее многократном сгибании; нагревание молотка и гвоздя при ударе; небольшое повышение температуры воды при длительном перемешивании.