Номер 9, страница 258 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 7. Основы молекулярно-кинетической теории и термодинамики. Параграф 45. Термодинамическая система. Внутренняя энергия и способы её изменения. Вопросы - номер 9, страница 258.

Условие.

9. Сформулируйте:

а) первый закон термодинамики;

б) правило знаков;

в) закон сохранения энергии.

Решение.

а) первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения энергии для термодинамических систем. Он формулируется следующим образом: количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.

Математически это выражается формулой:

$Q = \Delta U + A$

где $Q$ — количество теплоты, полученное системой, $\Delta U$ — изменение внутренней энергии системы, а $A$ — работа, совершенная системой над внешними телами.

Существует и другая эквивалентная формулировка, выражающая изменение внутренней энергии: изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме работы, совершенной внешними силами над системой, и количества теплоты, переданного системе.

$\Delta U = Q + A'$

Здесь $A'$ — работа внешних сил над системой. Связь между работой системы $A$ и работой внешних сил $A'$ проста: $A' = -A$.

Этот закон также постулирует невозможность создания вечного двигателя первого рода — устройства, которое совершало бы работу без получения энергии извне.

Ответ: Количество теплоты ($Q$), переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии ($\Delta U$) и на совершение системой работы ($A$) над внешними телами: $Q = \Delta U + A$.

б) правило знаков

В термодинамике для величин, входящих в уравнение первого закона, используется следующее правило знаков. Количество теплоты $Q$ считается положительным ($Q > 0$), если теплота подводится к системе, и отрицательным ($Q < 0$), если система отдает теплоту. Работа $A$, совершаемая системой, считается положительной ($A > 0$), если система расширяется и совершает работу над внешними телами, и отрицательной ($A < 0$), если внешние силы совершают работу над системой, сжимая ее. Изменение внутренней энергии $\Delta U$ считается положительным ($\Delta U > 0$), если внутренняя энергия возрастает (например, при росте температуры), и отрицательным ($\Delta U < 0$), если внутренняя энергия убывает (например, при понижении температуры).

Ответ: Теплота $Q$ положительна, если подводится к системе, и отрицательна, если отводится от нее. Работа $A$ положительна, если совершается системой, и отрицательна, если совершается над системой. Изменение внутренней энергии $\Delta U$ положительно при ее увеличении и отрицательно при уменьшении.

в) закон сохранения энергии

Закон сохранения энергии — это фундаментальный закон природы, который гласит, что полная энергия изолированной (замкнутой) системы остается постоянной во времени. Энергия не может быть создана или уничтожена, она может только преобразовываться из одной формы в другую или передаваться от одного объекта к другому в пределах системы.

Математически для изолированной системы это означает, что сумма всех видов энергии (кинетической, потенциальной, внутренней и т.д.) есть величина постоянная:

$E_{полная} = E_{кинетическая} + E_{потенциальная} + U + ... = \text{const}$

Первый закон термодинамики является частным случаем закона сохранения энергии, примененным к процессам, включающим передачу тепла. Закон сохранения энергии является одним из самых всеобъемлющих законов физики и справедлив для всех известных физических явлений.

Ответ: Полная энергия изолированной системы остается постоянной. Энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, а лишь превращается из одного вида в другой.