Номер 1, страница 271 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 6. Термодинамика. Параграф 33. Второй закон термодинамики. Охрана окружающей среды - номер 1, страница 271.

Условие.

1. Расскажите об обратимых и необратимых процессах. Приведите примеры тех и других явлений.

Решение.

В термодинамике процессы классифицируются как обратимые и необратимые в зависимости от возможности возвращения системы и окружающей среды в их первоначальное состояние.

Обратимые процессы

Обратимым называется такой процесс, который допускает возможность возвращения системы в исходное состояние через ту же последовательность промежуточных состояний, что и в прямом процессе, причём так, что в окружающей среде не остаётся никаких изменений. Если система, совершившая обратимый процесс, возвращается в исходное состояние, то и окружающая среда возвращается в свое первоначальное состояние.

Ключевые характеристики обратимых процессов:

1. Это идеализированные, модельные процессы, которые в чистом виде в природе не встречаются.
2. Они должны протекать бесконечно медленно (квазистатически), чтобы система в любой момент времени находилась в состоянии термодинамического равновесия.
3. В ходе таких процессов отсутствуют диссипативные (рассеивающие энергию) эффекты, такие как трение, вязкость, диффузия, теплообмен при конечной разности температур.
4. Изменение энтропии замкнутой системы в обратимом процессе равно нулю ($ \Delta S = 0 $).

Примеры обратимых (идеализированных) явлений:

• Медленное, квазистатическое сжатие или расширение идеального газа в цилиндре с поршнем без трения при постоянной температуре.
• Колебания математического маятника в вакууме и без трения в точке подвеса.
• Плавление льда или кипение воды, происходящие строго при температуре фазового перехода.
• Упругая деформация пружины.

Необратимые процессы

Необратимым называется процесс, который может самопроизвольно протекать только в одном направлении. После его завершения невозможно вернуть систему и окружающую среду в исходное состояние без затрат энергии извне и без того, чтобы не оставить изменений в других телах.

Ключевые характеристики необратимых процессов:

1. Все реальные процессы, происходящие в природе, являются необратимыми.
2. Они протекают с конечной скоростью.
3. Они всегда сопровождаются диссипативными эффектами, приводящими к рассеиванию энергии (обычно в виде тепла).
4. Изменение энтропии замкнутой системы в необратимом процессе всегда положительно ($ \Delta S > 0 $). Это является одной из формулировок второго начала термодинамики, утверждающего, что энтропия Вселенной стремится к увеличению.

Примеры необратимых явлений:

• Теплопередача от горячего тела к холодному. Тепло самопроизвольно не может перейти от холодного тела к горячему.
• Диффузия: самопроизвольное смешивание газов или жидкостей (например, капля чернил в воде).
• Расширение газа в вакуум (расширение Джоуля). Газ самопроизвольно не соберется обратно в исходный объем.
• Любые процессы, связанные с трением, например, торможение автомобиля, при котором кинетическая энергия превращается во внутреннюю.
• Горение топлива (дров, бензина). Продукты сгорания не могут самопроизвольно превратиться обратно в топливо и кислород.
• Падение камня на землю и его неупругий удар.

Ответ: Обратимый процесс — это идеализированная модель термодинамического процесса, который может быть проведен в обратном направлении через те же промежуточные состояния, возвращая как систему, так и окружающую среду в исходное состояние. Примером может служить бесконечно медленное сжатие газа в цилиндре без трения. Необратимый процесс — это любой реальный процесс, протекающий самопроизвольно только в одном направлении, после которого невозможно вернуть систему и окружение в исходное состояние без внешнего воздействия и остаточных изменений в других телах. Примерами являются теплообмен между телами с разной температурой, диффузия, горение.