Номер 3, страница 230 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 9. Основы термодинамики. Параграф 41. Внутренняя энергия термодинамической системы. Адиабатический процесс. Работа газа в термодинамике. Вопросы - номер 3, страница 230.

Условие.

3. Как изменяется внутренняя энергия термодинамической системы при совершении:

а) работы внешними силами;

б) работы против внешних сил?

Решение.

Решение

Изменение внутренней энергии термодинамической системы описывается первым началом термодинамики. В одной из своих формулировок оно гласит:

$\Delta U = Q + A'$

где $\Delta U$ – изменение внутренней энергии системы, $\text{Q}$ – количество теплоты, переданное системе, а $A'$ – работа, совершённая внешними силами над системой.

Чтобы рассмотреть, как изменяется внутренняя энергия только под действием работы, предположим, что процесс происходит без теплообмена с окружающей средой (адиабатный процесс), то есть $Q = 0$. Тогда первое начало термодинамики принимает вид:

$\Delta U = A'$

Из этого соотношения видно, что изменение внутренней энергии системы равно работе, совершённой над ней внешними силами.

а) работы внешними силами

Когда внешние силы совершают работу над системой (например, сжимают газ поршнем), эта работа $A'$ по определению является положительной ($A' > 0$). Согласно уравнению $\Delta U = A'$, изменение внутренней энергии $\Delta U$ также будет положительным ($\Delta U > 0$). Это означает, что внутренняя энергия системы увеличивается.

Ответ: При совершении работы внешними силами внутренняя энергия термодинамической системы увеличивается.

б) работы против внешних сил

Когда система совершает работу против внешних сил, это означает, что работа совершается самой системой (например, газ расширяется, толкая поршень). Работа, совершаемая системой ($A_{сист}$), в этом случае положительна. Работа внешних сил над системой ($A'$) связана с работой системы соотношением $A' = -A_{сист}$. Следовательно, работа $A'$ будет отрицательной ($A' < 0$). Исходя из уравнения $\Delta U = A'$, изменение внутренней энергии $\Delta U$ также будет отрицательным ($\Delta U < 0$). Это означает, что внутренняя энергия системы уменьшается, так как она расходуется на совершение работы.

Ответ: При совершении системой работы против внешних сил её внутренняя энергия уменьшается.