Номер 1, страница 257 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 6. Термодинамика. Параграф 31. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики - номер 1, страница 257.

Условие.

1. Расскажите о внутренней энергии.

Решение.

1. Расскажите о внутренней энергии.

Внутренняя энергия ($\text{U}$) термодинамической системы — это полная энергия, содержащаяся внутри этой системы. Она представляет собой сумму кинетической энергии хаотического (теплового) движения всех частиц системы (молекул, атомов, ионов) и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом. Внутренняя энергия не включает в себя кинетическую энергию движения системы как целого и её потенциальную энергию во внешних полях. Математически это можно выразить как: $U = E_{кин} + E_{пот}$. Здесь $E_{кин}$ — это суммарная кинетическая энергия всех частиц, а $E_{пот}$ — их суммарная потенциальная энергия. Внутренняя энергия является функцией состояния, то есть она однозначно определяется состоянием системы (её температурой, давлением, объёмом) и не зависит от пути, которым система пришла в это состояние.

Особый случай представляет собой идеальный газ. В модели идеального газа пренебрегают силами взаимодействия между молекулами, поэтому их потенциальная энергия считается равной нулю ($E_{пот} = 0$). Следовательно, внутренняя энергия идеального газа равна сумме кинетических энергий его молекул и зависит только от температуры. Для одноатомного идеального газа внутренняя энергия вычисляется по формуле: $U = \frac{3}{2}\frac{m}{M}RT$, где $\text{m}$ — масса газа, $\text{M}$ — его молярная масса, $\text{R}$ — универсальная газовая постоянная, а $\text{T}$ — абсолютная температура. Таким образом, внутренняя энергия идеального газа является функцией только его температуры.

Изменить внутреннюю энергию системы можно двумя способами: путём совершения работы и путём теплопередачи. Это положение является сутью первого закона термодинамики, который гласит, что изменение внутренней энергии системы ($\Delta U$) равно сумме количества теплоты ($\text{Q}$), переданного системе, и работы ($A'$), совершённой над системой внешними силами: $\Delta U = Q + A'$.
1. Теплопередача (теплообмен): если система получает тепло ($Q > 0$), её внутренняя энергия увеличивается. Если система отдаёт тепло ($Q < 0$), её внутренняя энергия уменьшается. Теплообмен может происходить путём теплопроводности, конвекции или излучения.
2. Совершение работы: если над системой совершается работа (например, при сжатии газа, $A' > 0$), её внутренняя энергия возрастает. Если сама система совершает работу над внешними телами (например, при расширении газа, $A' < 0$), её внутренняя энергия убывает.

Ответ: Внутренняя энергия — это сумма кинетической энергии теплового движения частиц вещества и потенциальной энергии их взаимодействия. Её можно изменить двумя способами: совершением работы или теплопередачей.