Меняться внутренняя энергия термодичнамичнои системы может только в результате взаимодействия системы с другими телами (внешней средой).
Один из способов изменения внутренней энергии - осуществление
механической работы над системой. Например, всовывая поршень в цилиндр с газом, газ сжимаем (осуществляем работу), в результате температура газа повышается и изменяется (увеличивается) внутренняя энергия газа. Энергию, передаваемую при этом термодинамической системе внешними телами, называют работой, осуществляемой над системой.
Рассмотрим подробнее на примере цилиндра с поршнем, как молекулам газа передается энергия. Если молекула сталкивается с неподвижным поршнем, ее скорость по модулю не меняется, меняется на противоположную по направлению только составляющая скорости, направленная вдоль оси цилиндра. В случае движущегося поршня эта составляющая скорости увеличивается или уменьшается в зависимости от того, куда движется поршень: навстречу молекуле или от нее.
Другой способ изменения внутренней энергии - теплообмен. Теплообмен - необратимый процесс передачи энергии от более нагретых тел (или участков тела) к менее нагретым без совершения работы. Если несколько тел с разными температурами привести к контакту, то между ними осуществляется теплообмен (за счет обмена энергиями молекул), в результате которого происходит выравнивание температур. Теплообмен осуществляется путем теплопроводности, конвекции и температурным излучением (поглощением).
Теплопроводность - передача энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым, что приводит к выравниванию температур. В процессе теплопроводности энергия атомов и молекул более нагретых участков вещества передается соседним, более холодным. Со временем, вследствие столкновения молекул, происходит выравнивание их средних кинетических энергий, а значит и температуры (пример - нагревание ложки в стакане с чаем).
Конвекция - обмен энергией между движущимися неравномерно нагретыми частями газов или жидкостей. Так, слои газа, сталкиваясь с телами высокой температуры, нагреваясь, поднимаются вверх, а на их место поступают холодные слои газа - возникает конвективная течение (пример - обогрев квартир от батареек).
Температурное излучение (поглощение) - передача энергии без непосредственного контакта тел, обменивающихся энергией. Заключается в выпуске (поглощении) телами электромагнитных волн. Происходит в газах и вакууме. Температурное излучение - универсальный вид теплообмена, наблюдается всегда при наличии разности температур между любыми телами и внутри каждого тела (пример - теплообмен между Солнцем и Землей). Энергию, переданную термодинамической системе внешними телами путем теплообмена, называют теплотой (количеством теплоты), получаемой системой от внешней среды. Таким образом, можно говорить о двух формах передачи энергии от одних тел к другим: работу и теплоту.