В каких случаях изменение внутренней энергии тел связано с совершением над ними работы?

Изменение внутренней энергии тела связано с совершением над ним работы в нескольких случаях, которые можно рассматривать с точки зрения термодинамики.

1. Когда тело сжимается или расширяется. Если мы, например, сжимаем газ в поршне, то это приводит к уменьшению объема газа, что сопровождается увеличением его давления и температуры. В процессе сжатия газ отдаёт часть своей энергии в виде работы, и его внутренняя энергия увеличивается. Аналогично, когда газ расширяется, работа выполняется газом, и его внутренняя энергия уменьшается.

2. Механическая работа. Работа может быть выполнена механически, например, при изменении формы тела. Когда сила воздействует на объект, это может привести к его деформации (сжатию, растяжению, изгибу). Например, при сжатии пружины или растяжении металлической планки происходит изменение их внутренней энергии, потому что работа совершается не только на перемещение, но и на изменение их микроскопической структуры (например, упругие деформации).

3. Тепловая работа. Когда происходит передача тепла в систему или от системы, это тоже связано с работой. Если система получает тепло (например, от источника тепла), ее молекулы начинают двигаться быстрее, что увеличивает ее внутреннюю энергию. И наоборот, если система отдает тепло, ее внутренней энергии становится меньше. Важно, что передача тепла через работу напрямую влияет на внутреннюю энергию, ведь это процесс изменения состояния вещества, его температуры и структуры.

4. Фазовые переходы. Важным примером является переход вещества из одной фазы в другую (например, из жидкости в пар или из твердого тела в жидкость). Эти процессы могут происходить с изменением внутренней энергии, когда над телом совершается работа, например, при сжижении пара или при его испарении.

Таким образом, изменение внутренней энергии может происходить в результате выполнения работы над телом. Это изменение зависит от того, как осуществляется работа (механически, тепловым путем, через фазовые изменения и так далее), и в каждом случае работа может влиять на микроскопическую структуру вещества, изменяя его внутреннюю энергию.