Номер 5, страница 217 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 8. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Параграф 39. Уравнение состояния идеального газа. Внутренняя энергия идеального газа. Вопросы - номер 5, страница 217.

Условие.

5. При каком условии происходит изменение внутренней энергии идеального одноатомного газа данной массы?

Решение.

Решение

Внутренняя энергия идеального газа представляет собой сумму кинетических энергий хаотического теплового движения всех его частиц (атомов или молекул). В модели идеального газа потенциальной энергией взаимодействия между частицами пренебрегают.

Для идеального одноатомного газа внутренняя энергия $\text{U}$ прямо пропорциональна его абсолютной температуре $\text{T}$ и определяется формулой:

$U = \frac{3}{2} \nu R T$

Здесь $\nu$ — это количество вещества газа, а $\text{R}$ — универсальная газовая постоянная.

Поскольку количество вещества $\nu$ связано с массой газа $\text{m}$ и его молярной массой $\text{M}$ соотношением $\nu = \frac{m}{M}$, формулу можно переписать в виде:

$U = \frac{3}{2} \frac{m}{M} R T$

В условии задачи сказано, что рассматривается газ данной массы, это означает, что масса $\text{m}$ является постоянной величиной ($m = \text{const}$). Молярная масса $\text{M}$ также является константой для конкретного газа. Универсальная газовая постоянная $\text{R}$ — это фундаментальная физическая константа.

Из этого следует, что для заданной массы идеального одноатомного газа весь множитель $\frac{3}{2} \frac{m}{M} R$ является постоянным. Следовательно, внутренняя энергия $\text{U}$ зависит только от абсолютной температуры $\text{T}$.

Таким образом, изменение внутренней энергии ($\Delta U$) возможно только в том случае, если происходит изменение температуры газа ($\Delta T \neq 0$). Если температура газа повышается, его внутренняя энергия увеличивается; если температура понижается, внутренняя энергия уменьшается.

Ответ: Изменение внутренней энергии идеального одноатомного газа данной массы происходит при изменении его температуры.