Zmarznięte ręce łatwo ogrzać przykładając je na przykład do gorącego kubka z herbatą czy kaloryfera. Jednak gdy wokół nie ma nic ciepłego na pewno zdarzyło Ci się rozgrzewać ręce pocierając jedną o drugą. Efekt podobny. W obu przypadkach zziębnięte dłonie po paru chwilach wracają do swojej naturalnej temperatury. Ale jak to się dzieje, że tarcie ogrzewa ręce, choć przecież nie dostarczamy im ciepła? To wyjaśnimy sobie w tej lekcji. Gdy przyjdzie Ci ochota na herbatę potrzebujesz wrzątku. Stawiasz więc czajnik z wodą na gaz lub włączasz elektryczny i czekasz aż płomień czy rozgrzana grzałka przekażą wodzie tyle ciepła ile jest jej potrzeba do osiągnięcia temperatury 100 stopni Celsjusza. Jednak przekazywanie ciepła to nie jedyny sposób, aby coś podgrzać. Możesz coś o tym wiedzieć jeśli czasami robisz sobie koktajle w wysokoobrotowym blenderze. Miksowana ciecz także się ogrzewa choć nieznacznie. Wzrost temperatury nie jest aż tak spektakularny jak w przypadku czajnika, ale znaczący. Rzeźnicy podczas produkcji parówek w urządzeniu zwanym kutrownicą muszą do mięsnej masy dodawać kostki lodu aby temperatura nie wzrosła zbytnio i nie spowodowała ścięcia się białka. Czy znasz jeszcze inne sytuacje w których podnosi się temperatura ciała bez dostarczania mu ciepła? Przykładem może być hamowanie. Podczas tego procesu nagrzewają się klocki hamulcowe oraz tarcze a także opony i asfalt czyli te fragmenty ciał które trą o siebie, podobnie jak masa w blenderze trze o jego ostrza. Czy jednak, aby ciało się ogrzało bez dostarczenia ciepła musi występować tarcie? Aby się o tym przekonać przeprowadźmy doświadczenie. Potrzebny nam będzie młotek spory kawałek plasteliny, deseczka i termometr z końcówką pomiarową którą da się wetknąć w plastelinę. Uderzamy młotkiem w plastelinę. Temperatura plasteliny podnosi się. Dlaczego? Podnosząc młotek na pewną wysokość wykonujemy pracę. To zagadnienie omówiliśmy w filmach o energii mechanicznej. Poprzez pracę nadajemy młotkowi pewną energię potencjalną. Upuszczenie młotka zmienia jego energię potencjalną w kinetyczną. Ta w zderzeniu z plasteliną zostaje jej przekazana. Deseczka i plastelina nie zmieniają jednak swojej pozycji, co oznacza że energia kinetyczna młotka musi zmienić się w coś innego. Jej największa część powoduje deformację plasteliny. Ponieważ jednak energia nie może zniknąć a plastelina się nie poruszyła energia kinetyczna młotka musi zwiększyć energię wewnętrzną plasteliny. Efekt? Nasz plastelinowy wałek się ogrzewa co możesz sprawdzić patrząc na termometr. Czy to jakaś trzecia metoda ogrzewania ciał? A może doświadczenie to ma coś wspólnego z pracującym blenderem i rozgrzanymi podczas hamowania oponami? Tak. W każdej z tych sytuacji została wykonana praca. Auto pokonało drogę hamowania wbrew sile tarcia. Noże blendera obracały się w masie wykonując tym większą pracę im większy masa stawiała im opór. Młotek wykonał pracę na plastelinie. Nie zawsze łatwo jest w takich sytuacjach dojść jaka siła wykonała pracę. Ale jeśli jakieś ciało ogrzało się bez dostarczenia mu ciepła możemy być pewni że na tym ciele została wykonana jakaś praca. W innej lekcji tej playlisty tłumaczyliśmy że temperatura danego ciała jest związana z jego energią wewnętrzną czyli sumą energii wszystkich jego atomów bądź cząsteczek. Zwiększenie temperatury jest skutkiem zwiększenia ilości tej energii wewnętrznej. Przekazywanie ciepła danemu ciału lub wykonywanie na nim pracy to dwie metody na zwiększanie tej energii. Odwrotnie, jeśli ciało odda ciepło innemu lub samo wykona pracę na innym ciele to wartość jego energii wewnętrznej spadnie. A tym samym obniży się jego temperatura. To odkrycie pomogło ustalić że ciepło jest formą energii. W ten sposób sformułowaliśmy własnymi słowami pierwszą zasadę termodynamiki. Mówi ona, że zmiana energii wewnętrznej ciała lub układu jest sumą wykonanej pracy i ciepła wymienionego z otoczeniem. Jakie są inne przykłady przekazywania ciału lub układowi energii wewnętrznej? Chociażby pompowanie koła w samochodzie albo rowerze. Kiedy wtłaczamy powietrze wykonujemy pracę. Gaz w kole zwiększa więc swoją energię wewnętrzną a co za tym idzie i temperaturę. Podobna sytuacja ma miejsce kiedy ściskamy powietrze w strzykawce. Wykonujemy wtedy pracę na gazie w niej uwięzionym. Wzrasta więc jego energia wewnętrzna. Wiesz już, że to nierozerwalnie wiąże się z temperaturą. Ciężko jednak zmierzyć temperaturę gazu w strzykawce. Jednak uwierz mi temperatura ta minimalnie wzrosła. Kiedy puścimy tłok, gaz się rozpręży popychając tłok od środka. W ten sposób wykona pracę na otoczeniu oddając mu część swojej energii wewnętrznej. Energia wewnętrzna gazu w strzykawce zmniejsza się, a więc spada też jego temperatura. Za to wzrośnie energia wewnętrzna otoczenia. W innym filmie tej playlisty mówiliśmy o przekazywaniu energii w postaci ciepła. W tym filmie pokazaliśmy że energię tę możemy także przekazywać w formie pracy. Czy możemy przekazywać ją jednocześnie w obu tych formach? Jasne, za przykład niech posłuży nam żelazko. Załóżmy, że podczas prasowania żelazko podgrzało tkaninę energią trzystu dżuli a w wyniku tarcia została do niego dodatkowo dostarczona energia 20 dżuli. Zakładamy, że nie było ubytków ciepła. W rezultacie energia wewnętrzna tkaniny wzrosła o... delta U równa się Q plus W czyli 300 dżuli plus 20 dżuli co daje nam łącznie 320 dżuli. Jak widzisz, energia jakiej dostarczyliśmy tkaninie dzięki temu że stopa żelazka nagrzała się jest o wiele większa niż energia powstała w wyniku tarcia stopy o tkaninę. Dlatego zimnym żelazkiem raczej nie uprasuje się spodni choćby pocierać nim bardzo długo i energicznie. Ciepło jest formą energii. Zmiana energii wewnętrznej ciała lub układu jest sumą wykonanej pracy i ciepła wymienionego z otoczeniem. Sformułowanie to nazywamy pierwszą zasadą termodynamiki. Praca nad ciałem skutkuje wzrostem jego energii wewnętrznej. Za to praca nad fizyką wzrostem średniej. Ale, że nie samą pracą człowiek żyje zapraszam Cię także na inne filmy z tej playlisty.