Номер 3, страница 239 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 9. Основы термодинамики. Параграф 43. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам. Вопросы - номер 3, страница 239.

Условие.

3. В каком случае при изотермическом процессе будет совершаться:

а) положительная работа газа;

б) отрицательная работа газа?

Решение.

а) положительная работа газа
Работа, совершаемая газом ($\text{A}$), определяется изменением его объема. В общем случае работа газа выражается интегралом $A = \int_{V_1}^{V_2} p dV$, где $\text{p}$ — давление, а $V_1$ и $V_2$ — начальный и конечный объемы газа соответственно. Знак работы зависит от того, увеличивается или уменьшается объем.
Положительная работа ($A > 0$) совершается газом в том случае, когда газ расширяется, то есть его конечный объем больше начального ($V_2 > V_1$). При расширении газ преодолевает внешние силы, совершая работу.
Изотермический процесс — это процесс, протекающий при постоянной температуре ($T = \text{const}$). Для идеального газа в таком процессе выполняется закон Бойля-Мариотта: $pV = \text{const}$. Из этого закона следует, что при увеличении объема (расширении) давление газа должно уменьшаться.
Таким образом, при изотермическом расширении газ совершает положительную работу.
Ответ: Положительная работа газа при изотермическом процессе совершается, когда газ расширяется (его объем увеличивается).

б) отрицательная работа газа
Работа газа является отрицательной ($A < 0$), когда его объем уменьшается, то есть газ сжимается ($V_2 < V_1$). В этом случае работа совершается не газом, а над газом внешними силами.
В ходе изотермического сжатия ($T = \text{const}$) объем газа уменьшается. Согласно закону Бойля-Мариотта ($pV = \text{const}$), уменьшение объема сопровождается увеличением давления газа.
Следовательно, при изотермическом сжатии работа, совершаемая самим газом, отрицательна.
Ответ: Отрицательная работа газа при изотермическом процессе совершается, когда газ сжимается (его объем уменьшается).