Мы будем рассматривать возможные варианты изменения внутренней энергии с точки зрения развития науки, поэтому сначала обсудим изменение внутренней энергии благодаря совершению работы.

Вы уже знакомы с понятием «механическая работа тела», она связана с перемещением тела при приложении к нему определенной силы. Если совершается механическая работа, то меняется энергия тела (рис. 2), аналогичное можно утверждать конкретно про внутреннюю энергию тела.

Рис. 2. Механическая работа

Это удобно изобразить на схеме.

Рис. 3.

Внутренняя энергия не постоянная величина. Она может изменяться. Если повысить температуру тела, то его внутренняя энергия увеличится (увеличится средняя скорость движения молекул). При понижении температуры внутренняя энергия тела уменьшается.

Заткнем шприц с одной стороны пробкой и начнем давить на ручку шприца. Мы давим на ручку, тем самым сжимаем воздух внутри шприца, внутренняя энергия увеличивается.

Рис. 4.

После этого пробка выстреливает и сжатый внутри шприца воздух разжимается и выходит из него, тем самым остывая – внутренняя энергия уменьшается.

Рис. 5.

Первые опыты по доказательству несостоятельности теории теплорода и подтверждению влияния процесса совершения работы на изменение внутренней энергии тела провел английский инженер и физик Бенджамин Румфорд (рис. 7), который в конце XVIII века при изготовлении пушек занимался сверлением их ствола.

Рис. 6. Б. Румфорд (1753-1814)

Он заметил, что при высверливании канала в пушечном стволе выделяется большое количество тепла.

Рис. 7.

Чтобы точно исследовать это явление, Румфорд проделал опыт по сверлению канала в цилиндре, выточенном из пушечного металла. В высверленный канал помещали тупое сверло, плотно прижатое к стенкам канала и приводившееся во вращение конской тягой. Термометр, вставленный в цилиндр, показал, что за 30 минут операции температура резко поднялась. Румфорд повторил опыт, погрузив цилиндр и сверло в сосуд с водой (рис. 8). В процессе сверления вода нагревалась и спустя 2,5 часа закипала. Румфорд объяснил это явление с помощью представления о теплоте как особом виде движения.

Рис. 8. Опыт Румфорда по нагреванию воды из-за трения сверла

Опыт Румфорда доказал, что процесс совершения работы оказывает непосредственное влияние изменение внутренней энергии тела и внутренняя энергия тела может быть изменена при совершении работы.

Таким образом, работа является мерой изменения внутренней энергии при превращении механической энергии во внутреннюю или внутренней энергии в механическую.