Почему происходят изменения внутренней энергии: 1) при нагревании воды в кастрюле 2) при сжатии воздуха в насосе 3) при таянии снега в горах

Внутренняя энергия тела — это энергия движения и взаимодействия его частиц (молекул, атомов). Она меняется в двух основных случаях:

• когда телу передают или отнимают тепло (теплообмен);

• когда над телом совершают работу или тело совершает работу (механическое воздействие: сжатие, расширение, трение и т.п.).

Разберём каждый пример.

1) При нагревании воды в кастрюле

Изменение внутренней энергии происходит потому, что вода получает тепло от более горячего источника: сначала от плиты → к кастрюле → от кастрюли к воде.

Что именно меняется внутри:

• молекулы воды начинают двигаться быстрее (растёт их средняя кинетическая энергия);

• частично может увеличиваться энергия взаимодействия молекул (особенно если вода близка к кипению и начинает образовывать пузырьки пара).

Итог: внутренняя энергия воды увеличивается из-за теплообмена (подвода теплоты).

2) При сжатии воздуха в насосе

Здесь внутренняя энергия увеличивается главным образом потому, что над воздухом совершают работу: поршень сжимает газ, и механическая энергия переходит во внутреннюю.

Что происходит на уровне молекул:

• при сжатии молекулы оказываются ближе друг к другу и чаще сталкиваются;

• поршень “подталкивает” молекулы, их хаотическое движение усиливается — растёт средняя кинетическая энергия, а значит и температура газа;

• поэтому воздух в насосе часто заметно нагревается.

Важно: даже если теплообмен с окружающей средой небольшой (сжатие быстрое), внутренняя энергия всё равно растёт именно из-за работы сжатия.

Итог: внутренняя энергия воздуха увеличивается за счёт работы, совершённой над газом.

3) При таянии снега в горах

Во время таяния внутренняя энергия снега (льда) увеличивается, потому что он получает тепло из окружающей среды: от тёплого воздуха, солнечного излучения, тёплой поверхности камней и почвы.

Но здесь есть важная особенность: температура при таянии (при нормальном давлении) почти не повышается, пока весь лёд не превратится в воду.

Куда “уходит” полученное тепло:

• оно не на ускорение движения молекул (не на рост температуры),

• а на разрушение кристаллической решётки льда — то есть на увеличение энергии взаимодействия молекул, чтобы они могли свободнее перемещаться, как в жидкости.

Это называется скрытая теплота плавления: энергия нужна на смену агрегатного состояния.

Итог: внутренняя энергия снега увеличивается из-за теплообмена, но главным образом на переход из твёрдого состояния в жидкое, а не на нагрев.