Номер 10, страница 57, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Молекулярная физика и термодинамика. Глава VI. Термодинамика. Параграф 31. Первый закон термодинамики - номер 10, страница 57.

Условие.

°10. Как изменяется внутренняя энергия данной массы газа: при изохорном нагревании; при изохорном охлаждении?

Решение 2.

Решение

Внутренняя энергия $\text{U}$ идеального газа данной массы $\text{m}$ зависит только от его абсолютной температуры $\text{T}$. Эта зависимость является прямо пропорциональной: $U \propto T$. Формула для внутренней энергии идеального газа имеет вид: $U = \frac{i}{2} \frac{m}{M} R T$, где $\text{i}$ — число степеней свободы молекул газа, $\text{M}$ — молярная масса, $\text{R}$ — универсальная газовая постоянная. Таким образом, изменение внутренней энергии $\Delta U$ полностью определяется изменением температуры $\Delta T$.

Изохорный процесс — это процесс, протекающий при постоянном объеме ($V = \text{const}$). В этом случае работа, совершаемая газом, равна нулю, так как нет изменения объема: $A = p \Delta V = 0$.

Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы равно количеству теплоты, переданному системе, за вычетом работы, совершенной системой: $\Delta U = Q - A$. Для изохорного процесса, поскольку $A=0$, закон принимает вид: $\Delta U = Q$. Это означает, что все количество теплоты $\text{Q}$, переданное газу, идет на изменение его внутренней энергии.

при изохорном нагревании
При нагревании температура газа увеличивается, то есть изменение температуры $\Delta T > 0$.
Поскольку внутренняя энергия прямо пропорциональна температуре ($U \propto T$), ее изменение $\Delta U$ также будет положительным: $\Delta U > 0$.
Это означает, что внутренняя энергия газа возрастает. Согласно первому закону термодинамики для этого процесса ($ \Delta U = Q $), это происходит за счет подвода к газу положительного количества теплоты ($Q > 0$).
Ответ: При изохорном нагревании внутренняя энергия газа увеличивается.

при изохорном охлаждении
При охлаждении температура газа уменьшается, то есть изменение температуры $\Delta T < 0$.
Так как внутренняя энергия прямо пропорциональна температуре ($U \propto T$), ее изменение $\Delta U$ будет отрицательным: $\Delta U < 0$.
Это означает, что внутренняя энергия газа уменьшается. Согласно первому закону термодинамики для этого процесса ($ \Delta U = Q $), это происходит за счет отвода от газа тепла ($Q < 0$).
Ответ: При изохорном охлаждении внутренняя энергия газа уменьшается.