Изменение внутренней энергии системы может быть отрицательным?

Да, изменение внутренней энергии системы может быть отрицательным.

Внутренняя энергия — это совокупность всех видов энергии, связанных с движением и взаимодействием частиц внутри системы: кинетическая энергия молекул, потенциальная энергия их взаимодействия и т.д. Согласно первому началу термодинамики:

где:

• $\Delta U$ — изменение внутренней энергии,

• $Q$ — количество тепла, подведённого к системе (положительное, если подведено тепло, и отрицательное, если тепло отдано),

• $A$ — работа, совершённая системой (положительная, если система совершает работу, и отрицательная, если работа совершается над системой).

Изменение внутренней энергии будет отрицательным, если система теряет энергию — например:

1. Система отдаёт тепло (отрицательное $Q$), при этом не получает никакой работы или сама совершает работу.

2. Система совершает работу (положительное $A$), но не получает достаточно тепла, чтобы компенсировать эту работу.

3. Система одновременно отдаёт тепло и совершает работу, т.е. её энергия уходит и в виде тепла, и в виде механической энергии.

Простой пример — охлаждение газа при расширении. Если газ расширяется и при этом отдаёт тепло в окружающую среду, его внутренняя энергия уменьшается. Это проявляется, например, в снижении температуры.

Таким образом, отрицательное изменение внутренней энергии — это нормальное физическое явление, которое отражает потерю энергии системой.