Номер 3, страница 294 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 7. Основы молекулярно-кинетической теории и термодинамики. Параграф 53. Применение первого закона термодинамики к изобарическому процессу. Вопросы - номер 3, страница 294.

Условие.

3. Положительна, отрицательна или равна нулю работа идеального газа:

a) при изобарическом расширении;

б) при изобарическом сжатии?

Решение.

Решение

Работа $A$, совершаемая идеальным газом, при изменении его объема от $V_1$ до $V_2$ вычисляется по формуле: $A = \int_{V_1}^{V_2} p \, dV$ где $p$ – давление газа.

Изобарический процесс протекает при постоянном давлении ($p = \text{const}$). В этом случае давление можно вынести за знак интеграла, и формула для работы упрощается: $A = p \cdot (V_2 - V_1) = p \Delta V$ где $\Delta V = V_2 - V_1$ – изменение объема газа.

Поскольку давление газа $p$ всегда является положительной величиной ($p > 0$), знак работы $A$ определяется знаком изменения объема $\Delta V$.

а) при изобарическом расширении

При расширении объем газа увеличивается, то есть его конечный объем $V_2$ становится больше начального $V_1$. Следовательно, изменение объема будет положительным: $\Delta V = V_2 - V_1 > 0$ Так как работа $A = p \Delta V$, а $p > 0$ и $\Delta V > 0$, то работа, совершаемая газом, будет положительной ($A > 0$).

Ответ: работа идеального газа положительна.

б) при изобарическом сжатии

При сжатии объем газа уменьшается, то есть его конечный объем $V_2$ становится меньше начального $V_1$. Следовательно, изменение объема будет отрицательным: $\Delta V = V_2 - V_1 < 0$ Так как работа $A = p \Delta V$, а $p > 0$ и $\Delta V < 0$, то работа, совершаемая газом, будет отрицательной ($A < 0$).

Ответ: работа идеального газа отрицательна.