В каком случае изменение внутренней энергии отрицательно?

Изменение внутренней энергии системы может быть отрицательным в нескольких случаях. Внутренняя энергия системы, в контексте термодинамики, является суммой кинетической энергии молекул (тепловая энергия) и потенциальной энергии, связанной с взаимодействиями между молекулами. В рамках первого закона термодинамики изменение внутренней энергии системы ( \Delta U ) определяется как:

[ \Delta U = Q - W ]

где ( Q ) — количество теплоты, переданное системе, и ( W ) — работа, совершённая системой над окружающей средой.

1. Охлаждение системы: Если система теряет тепло (например, когда горячий объект остывает), тогда ( Q ) отрицательно. Это приводит к уменьшению внутренней энергии, так как система отдает тепловую энергию окружающей среде.

2. Совершение работы системой: Если система совершает работу (например, расширение газа в цилиндре с поршнем), то ( W ) положительно. Совершая работу, система использует часть своей внутренней энергии для выполнения этой работы, что также приводит к уменьшению внутренней энергии.

3. Комбинированные процессы: Иногда система может одновременно терять тепло и совершать работу. Например, при адиабатическом расширении (расширении без теплообмена с окружающей средой) система не получает тепло от внешних источников (Q = 0), но совершает работу, что приводит к уменьшению её внутренней энергии.

Таким образом, изменение внутренней энергии будет отрицательным, если система теряет больше энергии на охлаждение и/или совершение работы, чем получает в форме тепла. Это изменение отражает переход энергии из одной формы в другую и/или переход энергии от системы к окружающей среде.

Изменение внутренней энергии может быть отрицательным в случае адиабатического процесса, когда система выполняет работу и ей передают энергию, что приводит к уменьшению ее внутренней энергии. Например, при расширении идеального газа без обмена теплом с окружающей средой, внутренняя энергия газа уменьшается за счет проделанной работы над окружающей средой.