Номер 3, страница 14 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

3. Кусок свинца можно нагреть разными способами: ударяя по нему несколько раз молотком, помещая в пламя горелки, сгибая и разгибая несколько раз, помещая в горячую воду. Можно ли утверждать, что во всех случаях внутренняя энергия куска свинца изменилась?

Да, можно утверждать, что во всех случаях внутренняя энергия куска свинца изменилась. Рассмотрим почему.

Внутренняя энергия тела складывается из кинетической энергии хаотического движения его частиц (атомов, молекул) и потенциальной энергии их взаимодействия. Изменить внутреннюю энергию можно двумя способами: совершением работы над телом (или самим телом) и теплопередачей.

Проанализируем все перечисленные в задаче способы:

1. Ударяя по нему несколько раз молотком: В этом случае над куском свинца совершается механическая работа. Кинетическая энергия молотка при ударе переходит во внутреннюю энергию свинца, вызывая его деформацию и нагрев. Атомы в кристаллической решетке свинца начинают колебаться интенсивнее, что означает увеличение их кинетической энергии, а следовательно, и всей внутренней энергии куска.

2. Помещая в пламя горелки: Здесь происходит изменение внутренней энергии путем теплопередачи (теплопроводность, конвекция и излучение). Пламя имеет гораздо более высокую температуру, чем свинец, и передает ему энергию. Эта полученная энергия (количество теплоты $Q$) идет на увеличение внутренней энергии свинца.

3. Сгибая и разгибая несколько раз: Этот процесс также является совершением механической работы над телом. При многократной деформации возникает внутреннее трение между слоями металла, которое приводит к преобразованию механической энергии в тепловую, то есть во внутреннюю энергию. Свинец нагревается.

4. Помещая в горячую воду: Аналогично помещению в пламя, это способ изменения внутренней энергии через теплопередачу. Горячая вода передает часть своей внутренней энергии более холодному куску свинца до тех пор, пока их температуры не выровняются. Внутренняя энергия свинца при этом увеличивается.

Во всех четырех случаях происходит нагревание свинца, то есть повышение его температуры. Для тела в одном и том же агрегатном состоянии (в данном случае свинец остается твердым) увеличение температуры напрямую свидетельствует об увеличении его внутренней энергии. Изменение внутренней энергии $\Delta U$ при изменении температуры $\Delta T$ можно выразить формулой $\Delta U = c \cdot m \cdot \Delta T$ (при отсутствии фазовых переходов и совершения работы газом), где $c$ - удельная теплоемкость, $m$ - масса. Так как во всех случаях свинец нагревается, его температура растет ($\Delta T > 0$), а значит, его внутренняя энергия тоже увеличивается ($\Delta U > 0$).

Ответ: Да, можно утверждать, что во всех случаях внутренняя энергия куска свинца изменилась (а именно, увеличилась). Все перечисленные способы — это либо совершение работы над свинцом, либо теплопередача ему от более нагретых тел, что согласно первому началу термодинамики приводит к увеличению его внутренней энергии.