Номер 5, 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 5, страница 239.

Условие.

5. Как будут изменяться температура и внутренняя энергия идеального газа:

а) при адиабатическом расширении;

б) адиабатическом сжатии?

Решение.

Адиабатический процесс — это термодинамический процесс, который происходит без теплообмена системы с окружающей средой. Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы $\Delta U$ равно разности между количеством теплоты $\text{Q}$, подведенной к системе, и работой $\text{A}$, совершенной системой над внешними телами:

$\Delta U = Q - A$

Для адиабатического процесса $Q = 0$, следовательно, первый закон термодинамики принимает вид:

$\Delta U = -A$

Внутренняя энергия идеального газа $\text{U}$ является функцией только его температуры $\text{T}$ и прямо пропорциональна ей. Таким образом, изменение внутренней энергии $\Delta U$ напрямую связано с изменением температуры $\Delta T$. Если внутренняя энергия увеличивается ($\Delta U > 0$), то и температура растет ($\Delta T > 0$), и наоборот.

а) при адиабатическом расширении

При расширении газ совершает положительную работу ($A > 0$), так как его объем увеличивается. В этом случае изменение внутренней энергии, согласно формуле для адиабатического процесса, будет отрицательным:

$\Delta U = -A < 0$

Поскольку внутренняя энергия газа уменьшается, его температура также уменьшается. Газ совершает работу за счет своей внутренней энергии, что приводит к его охлаждению.

Ответ: При адиабатическом расширении температура и внутренняя энергия идеального газа уменьшаются.

б) адиабатическом сжатии

При сжатии работа совершается над газом внешними силами, поэтому работа, совершаемая самим газом, является отрицательной ($A < 0$). В этом случае изменение внутренней энергии будет положительным:

$\Delta U = -A > 0$

Так как внутренняя энергия газа увеличивается, его температура также увеличивается. Работа внешних сил переходит во внутреннюю энергию газа, что приводит к его нагреву.

Ответ: При адиабатическом сжатии температура и внутренняя энергия идеального газа увеличиваются.