Номер 8, 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 8, страница 257.

Условие.

8. Приведите примеры процессов, в которых внутренняя энергия увеличивается.

Решение.

Решение

Внутренняя энергия термодинамической системы — это сумма кинетической энергии хаотического движения составляющих ее частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом. Согласно первому началу термодинамики, изменить внутреннюю энергию ($\text{U}$) можно двумя способами: совершив над телом работу ($\text{A}$) или передав ему некоторое количество теплоты ($\text{Q}$). Математически это выражается формулой:

$ \Delta U = Q + A $

где $ \Delta U $ — изменение внутренней энергии. Таким образом, внутренняя энергия увеличивается ($ \Delta U > 0 $), если телу сообщается теплота ($ Q > 0 $) или над телом совершается работа ($ A > 0 $), или происходят оба этих процесса одновременно.

Можно привести следующие примеры процессов, в которых внутренняя энергия увеличивается:

1. Увеличение внутренней энергии за счет теплопередачи (тело получает тепло извне):

• Нагревание воды в чайнике. Тепло от нагревательного элемента или огня передается воде, в результате чего скорость движения ее молекул увеличивается, и, следовательно, растет ее внутренняя энергия и температура.
• Плавление льда. При таянии льда вся подводимая к нему теплота идет не на увеличение температуры (она остается равной $0^\circ \text{C}$), а на разрушение кристаллической решетки. В результате потенциальная энергия взаимодействия молекул растет, что означает увеличение внутренней энергии системы.
• Нагревание пищи в микроволновой печи. Электромагнитные волны передают энергию молекулам воды в пище, заставляя их колебаться интенсивнее, что приводит к росту внутренней энергии и нагреву продукта.

2. Увеличение внутренней энергии за счет совершения механической работы над телом:

• Сжатие газа. При резком сжатии газа в цилиндре под поршнем (например, в дизельном двигателе или при накачивании шины) совершается работа над газом. Эта работа переходит непосредственно во внутреннюю энергию газа, что приводит к его значительному нагреву.
• Трение. Если потереть ладони друг о друга, совершается работа против силы трения. Эта работа преобразуется во внутреннюю энергию, и ладони нагреваются. То же самое происходит при торможении автомобиля, когда тормозные диски и колодки сильно нагреваются.
• Пластическая деформация. Если несколько раз согнуть и разогнуть кусок металлической проволоки, место сгиба станет горячим. Работа, затраченная на деформацию, переходит во внутреннюю энергию металла.

Ответ: Примерами процессов, в которых внутренняя энергия увеличивается, являются: нагревание воды на плите, таяние льда, сжатие воздуха в насосе, трение двух поверхностей друг о друга (например, ладоней), деформация металлической проволоки при сгибании.