Номер 1, страница 294 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Вопросы. Параграф 53. Применение первого закона термодинамики к изобарическому процессу. Глава 7. Основы молекулярно-кинетической теории и термодинамики. Молекулярная физика и термодинамика - номер 1, страница 294.

Условие.

1. Как можно реализовать:

а) изобарическое расширение;

б) изобарическое сжатие?

Решение.

а) изобарическое расширение
Изобарический процесс — это термодинамический процесс, который происходит при постоянном давлении ($P = \text{const}$). Для идеального газа этот процесс описывается законом Гей-Люссака, согласно которому отношение объема газа к его абсолютной температуре остается постоянным:
$\frac{V}{T} = \text{const}$
Из этого соотношения следует, что для того, чтобы объем газа увеличился (произошло расширение), необходимо увеличить его температуру.
Практически изобарическое расширение можно реализовать, если поместить газ в сосуд, закрытый легкоподвижным поршнем (например, в цилиндр). Давление на газ будет создаваться весом поршня и внешним атмосферным давлением, и оно будет оставаться постоянным в ходе процесса. Если начать нагревать газ, сообщая ему тепло, его температура и внутренняя энергия увеличатся. Молекулы газа начнут двигаться быстрее, что приведет к увеличению давления на поршень. Поршень поднимется, увеличивая объем, занимаемый газом, до тех пор, пока давление газа внутри снова не уравняется с внешним давлением. Таким образом, нагревание газа в сосуде с подвижным поршнем приводит к его изобарическому расширению.
Ответ: Изобарическое расширение можно реализовать путем нагревания газа, находящегося в сосуде с подвижным поршнем, который обеспечивает постоянство давления.

б) изобарическое сжатие
Изобарическое сжатие — это процесс уменьшения объема газа при постоянном давлении ($P = \text{const}$). Как и в случае расширения, этот процесс подчиняется закону Гей-Люссака:
$\frac{V}{T} = \text{const}$
Из формулы видно, что для уменьшения объема газа (сжатия) при постоянном давлении необходимо понижать его температуру.
Для реализации этого процесса можно использовать ту же установку: газ в цилиндре под подвижным поршнем. Если отводить тепло от газа, то есть охлаждать его, его температура начнет падать. Молекулы газа будут двигаться медленнее, и давление, которое они оказывают на поршень, уменьшится. Внешнее постоянное давление (атмосферное + давление поршня) станет больше внутреннего и заставит поршень опускаться, сжимая газ. Сжатие будет продолжаться до тех пор, пока давление газа вновь не сравняется с внешним давлением. Таким образом, охлаждение газа в сосуде с подвижным поршнем приводит к его изобарическому сжатию.
Ответ: Изобарическое сжатие можно реализовать путем охлаждения газа, находящегося в сосуде с подвижным поршнем, который обеспечивает постоянство давления.