§ 6. Способы изменения внутренней энергии

Внутренняя энергия тела может изменяться двумя основными способами: при совершении работы и при теплопередаче. В первом случае энергия передаётся через действие сил и перемещение. Например, при трении ладони становятся теплее, а при многократном сгибании проволоки нагревается место изгиба. В обоих случаях изменение состояния связано с механическим воздействием, хотя первоначально температура окружающих тел может быть такой же.

Работу могут совершать над телом или само тело может совершать работу. При быстром сжатии газа его внутренняя энергия обычно возрастает, и газ нагревается. При расширении газ может двигать поршень, передавая энергию другим телам. Если теплообменом можно пренебречь, при этом внутренняя энергия газа уменьшается и он охлаждается. Такие процессы показывают связь между видимым механическим движением и хаотическим движением частиц вещества.

При теплопередаче внутренняя энергия изменяется из-за разности температур без механической работы как способа передачи энергии. Горячая ложка, опущенная в холодную воду, отдаёт ей энергию и остывает. Вода получает энергию и нагревается. Самопроизвольная передача происходит от более нагретого тела к менее нагретому, пока между ними не установится тепловое равновесие. Одного наличия внутренней энергии недостаточно: для направленного теплообмена нужна разность температур.

В реальных ситуациях оба способа могут действовать одновременно. Например, при обработке металлической детали силы трения увеличивают её внутреннюю энергию, а воздух и охлаждающая жидкость отводят часть энергии. Поэтому изменение температуры определяется общим результатом нескольких процессов. При разборе примера нужно назвать источник энергии и способ её передачи. Слово «нагревание» описывает повышение температуры, но само по себе ещё не объясняет, происходило оно из-за работы или теплообмена.