Номер 4, 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 4, страница 239.

Условие.

4. Для какого изопроцесса первый закон термодинамики можно представить в виде: $A_c = -\Delta U$?

Решение.

4. Решение

Первый закон термодинамики устанавливает связь между количеством теплоты $\text{Q}$, сообщённым системе, изменением её внутренней энергии $\Delta U$ и работой $A_г$, совершаемой системой (газом) против внешних сил.

В наиболее распространённой форме записи он выглядит так:

$Q = \Delta U + A_г$

Работа, совершаемая над системой внешними силами $A_с$, связана с работой газа $A_г$ соотношением:

$A_с = -A_г$

Рассмотрим адиабатный процесс. Это процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой, то есть количество подводимой или отводимой теплоты равно нулю ($Q=0$).

Для адиабатного процесса первый закон термодинамики принимает вид:

$0 = \Delta U + A_г$

Из этого уравнения следует, что работа, совершаемая газом, равна убыли его внутренней энергии:

$A_г = -\Delta U$

Это означает, что система совершает работу за счёт своей внутренней энергии. Например, при адиабатном расширении газ совершает положительную работу ($A_г > 0$), и его внутренняя энергия уменьшается ($\Delta U < 0$), что приводит к охлаждению газа.

Теперь рассмотрим работу внешних сил $A_с$ для адиабатного процесса. Используя связь $A_с = -A_г$, получаем:

$A_с = -(-\Delta U) = \Delta U$

Это означает, что работа внешних сил при адиабатном процессе равна увеличению внутренней энергии системы. Например, при адиабатном сжатии внешние силы совершают положительную работу над газом ($A_с > 0$), и его внутренняя энергия увеличивается ($\Delta U > 0$), что приводит к нагреву газа.

В условии задачи приведено уравнение $A_с = -\Delta U$. Такое соотношение не соответствует в точности ни одному из стандартных изопроцессов. Однако оно очень похоже на формулу для работы газа в адиабатном процессе ($A_г = -\Delta U$). Вероятнее всего, в условии вопроса допущена опечатка, и под $A_с$ (работа внешних сил) имелась в виду $A_г$ (работа газа). Если принять это допущение, то уравнение $A_г = -\Delta U$ является определением адиабатного процесса с точки зрения первого закона термодинамики.

Ответ: Адиабатный процесс.