Физика 8 класс учебник Перышкин, Иванов - страница 26

   На рисунке 10 изображён опыт, в котором по металлическому стержню ударяют молотком. Этот пример наглядно демонстрирует, как совершение работы над телом приводит к изменению его внутренней энергии.

   Процесс происходит следующим образом:
   Совершение работы: молоток воздействует на металлический стержень, совершая механическую работу. Энергия удара передаётся стержню.
   Деформация и нагрев: под действием удара стержень деформируется (немного изгибается или сжимается) и нагревается. Это прямое свидетельство того, что энергия удара перешла во внутреннюю энергию стержня.
   Изменение энергии молекул:
   Кинетическая энергия молекул увеличивается — молекулы начинают двигаться быстрее, так как температура стержня растёт.
   Потенциальная энергия взаимодействия молекул также изменяется из-за деформации структуры металла (расстояния между атомами временно меняются).
   Итог: внутренняя энергия стержня увеличивается за счёт преобразования механической энергии удара в тепловую энергию (энергию движения и взаимодействия молекул).
   Вывод: Когда над телом совершают работу (например, ударяют по нему), его внутренняя энергия возрастает. Это происходит потому, что внешняя механическая энергия переходит во внутреннюю — в энергию хаотического движения молекул и энергию их взаимодействия. Такой способ изменения внутренней энергии тела называется совершением работы над телом.

   Возьмём сосуд с пробкой и накачаем в него воздух.
   Когда давление станет достаточно высоким, пробка вылетит, совершив работу.
   При этом воздух в сосуде охладится (на стенках может появиться конденсат).
   Охлаждение означает уменьшение внутренней энергии воздуха, которое произошло за счёт совершения работы по выталкиванию пробки.

   Теплопередача представляет собой процесс, в ходе которого внутренняя энергия тела изменяется без совершения механической работы. Этот переход энергии осуществляется от объектов с более высокой температурой к объектам с более низкой, и ключевым условием для этого является наличие температурного градиента.

   Когда чайник стоит на плите, тепловая энергия от плиты переходит к воде, повышая её температуру.
   Когда вы добавляете холодную воду в горячий чай, тепло из чая перемещается в холодную воду, снижая общую температуру напитка.
   Горячий суп передаёт своё тепло металлической ложке, делая её горячей на ощупь.

   Совершение работы (например, трение, сжатие).
   Теплопередача (теплопроводность, конвекция, излучение).

   В процессе забивания гвоздя значительная доля кинетической энергии, передаваемой молотком, трансформируется в работу, необходимую для преодоления сил трения между стержнем гвоздя и материалом древесины, что обусловлено его поступательным движением. По завершении процесса, когда гвоздь фиксируется в древесине и его перемещение практически прекращается, энергия последующих ударов в основном диссипирует в виде тепловой энергии, приводя к повышению температуры головки гвоздя.

а) Пластическая деформация прессом
    Пресс совершает механическую работу над деталью, деформируя её.
    Это приводит к увеличению внутренней энергии за счёт работы.
б) Нагревание в печи
    Деталь нагревается за счёт передачи тепла от печи.
    Это пример теплопередачи.
в) Охлаждение в воде
    Деталь отдаёт тепло воде.
    Происходит теплопередача от детали к воде.

   Удары молота заставляют металл деформироваться, и этот процесс требует затрат энергии. Внутри металла происходит внутреннее трение, которое поглощает часть этой энергии и преобразует ее в тепло. Именно поэтому нагревается обрабатываемая деталь.

   Когда вы бьете по свинцу молотком или гнете его, вы совершаете над ним работу. Эта работа делает свинец "теплее" изнутри, увеличивая его внутреннюю энергию. Точно так же, если вы нагреваете свинец, например, в огне или горячей воде, он получает тепло. Это тепло тоже увеличивает его внутреннюю энергию. В итоге, как бы вы ни воздействовали на свинец — механически или тепловым способом — его внутренняя энергия всегда становится больше.

   Процесс зажигания спички включает в себя совершение работы против сил трения, возникающих при контакте головки спички с поверхностью коробка. Выделяющаяся при этом механическая работа трансформируется в тепловую энергию, что приводит к повышению температуры головки спички. Увеличение внутренней энергии материала головки спички создает условия для её последующего воспламенения.