1. Пользуясь рисунком 10, расскажите, как изменяется внутренняя энергия тела, когда над ним совершают работу.
Когда над телом совершается работа, внутренняя энергия тела увеличивается. Например, если тереть или растягивать пружину, частицы внутри тела начинают двигаться быстрее, увеличивается их кинетическая энергия, а значит, возрастает внутренняя энергия.
2. Опишите опыт, показывающий, что внутренняя энергия тела уменьшается при совершении работы.
Если осторожно раскатывать деревянный или металлический брусок по столу с помощью скользящего груза, можно заметить, что при уменьшении приложенной силы или трения тело остывает — его внутренняя энергия уменьшается, поскольку работа, совершённая телом, расходует энергию.
3. Что такое теплопередача? При каком условии возможен этот процесс?
Теплопередача — это процесс передачи энергии от одного тела к другому за счёт разности температур. Она возможна, когда тела имеют разную температуру; тепло всегда передаётся от более горячего тела к более холодному.
4. Приведите примеры изменения внутренней энергии тела путём теплопередачи.
Примеры теплопередачи такие. Вода нагревается в чайнике на плите. Лёд тает на солнце. Рука становится тёплой, если её опустить в горячую воду. Металл нагревается, если положить его в костёр.
5. Назовите способы изменения внутренней энергии тела.
Изменить внутреннюю энергию можно двумя способами. Первый способ — совершение работы над телом или самим телом. Второй способ — теплопередача, то есть переход тепла от одного тела к другому.
Чем объяснить, что при вколачивании гвоздя в стену его шляпка почти не нагревается, но, когда гвоздь вбит, достаточно нескольких ударов, чтобы шляпка сильно нагрелась?
С гвоздём ситуация объясняется так. Пока он входит в дерево или стену, энергия удара тратится в основном на движение и преодоление сопротивления материала. На нагрев почти ничего не остаётся, и шляпка остаётся холодной. Когда гвоздь уже вбит и дальше не двигается, энергия ударов переходит в теплоту, и шляпка нагревается очень быстро.
1. Каким способом — совершением работы или теплопередачей — изменялась внутренняя энергия детали: а) при сверлении в ней отверстия; б) при нагревании её в печи перед закалкой; в) при быстром охлаждении детали в воде?
а) При сверлении отверстия внутренняя энергия детали увеличивается совершением работы — механическая энергия сверла частично переходит в тепло внутри металла. б) При нагревании детали в печи внутренняя энергия увеличивается за счёт теплопередачи от горячей среды к детали. в) При быстром охлаждении в воде внутренняя энергия уменьшается также путём теплопередачи — тепло передаётся от детали воде.
2. В кузнице с помощью молота (холодная ковка) получают нужную форму детали. Как вы думаете, нагревается ли деталь после ударов молота? Обоснуйте свой ответ.
При холодной ковке деталь действительно нагревается. Энергия ударов молота частично превращается в тепловую, частицы металла начинают интенсивнее двигаться, что повышает его внутреннюю энергию и температуру.
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, во всех перечисленных случаях внутренняя энергия куска свинца изменилась. Удары молотка, сгибание и разгибание, нагрев в пламени или в горячей воде — во всех этих процессах часть механической или тепловой энергии переходит в тепловую энергию свинца, увеличивая его внутреннюю энергию.
4. Что происходит со спичкой при трении её о коробок? Меняется ли при этом её внутренняя энергия? Ответ обоснуйте.
При трении спички о коробок её внутренняя энергия увеличивается. Механическая работа трения превращается в тепло, которое разогревает спичку до температуры возгорания, в результате чего воспламеняется головка спички.
Приведите пример опыта, результат которого свидетельствует, по вашему мнению, в пользу того, что теплорода не существует. Обоснуйте свою точку зрения.
Хорошим примером будет опыт Джоуля с мешалкой в воде. Он помещал воду в сосуд и вращал в ней лопасти с помощью падающего груза. Вода нагревалась, хотя никакого «теплорода» ей не добавляли. Нагрев происходил только за счёт механической работы груза, который терял свою потенциальную энергию.
Это доказывает, что тепло — не особое вещество, а форма передачи энергии. Внутренняя энергия тела изменяется либо при совершении работы, либо при теплопередаче, а идея о «теплороде» как о материальной жидкости не объясняет этих результатов.