Номер 7, 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 7, страница 57.

Условие.

°7. Получает или отдает газ некоторое количество теплоты: при изотермическом расширении; при изотермическом сжатии?

Решение 2.

Решение

Для анализа теплообмена газа с окружающей средой воспользуемся первым законом термодинамики. Он утверждает, что количество теплоты $\text{Q}$, переданное системе (газу), расходуется на изменение ее внутренней энергии $\Delta U$ и на совершение системой работы $\text{A}$ над внешними телами:

$Q = \Delta U + A$

Изотермический процесс — это процесс, который происходит при постоянной температуре ($T = \text{const}$). Внутренняя энергия идеального газа зависит только от его температуры. Следовательно, если температура газа не изменяется, то и его внутренняя энергия остается постоянной. Это означает, что изменение внутренней энергии равно нулю: $\Delta U = 0$.

Таким образом, для изотермического процесса первый закон термодинамики упрощается до вида:

$Q = A$

Это равенство показывает, что при изотермическом процессе все подведенное к газу количество теплоты идет на совершение им работы, или, наоборот, вся работа, совершенная над газом, приводит к выделению им теплоты.

при изотермическом расширении

При расширении объем газа увеличивается, и газ совершает положительную работу ($A > 0$) над окружающими телами. Так как $Q = A$, то и количество теплоты $\text{Q}$ также будет положительным ($Q > 0$). Положительное значение $\text{Q}$ означает, что система (газ) получает тепло извне. Эта теплота необходима для того, чтобы компенсировать расход энергии на совершение работы и тем самым поддерживать температуру газа на постоянном уровне.

Ответ: при изотермическом расширении газ получает некоторое количество теплоты.

при изотермическом сжатии

При сжатии объем газа уменьшается. В этом случае работа совершается внешними силами над газом, а работа самого газа является отрицательной ($A < 0$). Поскольку $Q = A$, то и количество теплоты $\text{Q}$ будет отрицательным ($Q < 0$). Отрицательное значение $\text{Q}$ означает, что система (газ) отдает теплоту в окружающую среду. Это необходимо для того, чтобы отвести избыточную энергию, которую газ получает в результате совершения над ним работы, и не допустить повышения его температуры.

Ответ: при изотермическом сжатии газ отдает некоторое количество теплоты.