История развития физики, страница 235 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 9. Основы термодинамики. Параграф 42. Количество теплоты. Первый закон термодинамики. Вопросы - страница 235.

Условие.

Из истории развития физики

Ниже приведён фрагмент из книги Р. Клаузиуса «Механическая теориятепла» (1864–1867): «...Когда затрачивается теплота и вместо неё появ-ляется работа, то можно сказать, что теплота превратилась в работу, и,наоборот, когда затрачивается работа и вместо неё появляется тепло-та, то можно сказать, что работа превратилась в теплоту. Пользуясьэтим способом выражения, можно предыдущему предложению придатьследующий вид: возможно превратить работу в теплоту и, наоборот, те-плоту в работу, причём обе эти величины всегда пропорциональныдруг другу».

а) Какой физический закон сформулировал Р. Клаузиус?

б) Какую физическую величину он называет «теплотой»?

в) Чему равен коэффициент пропорциональности между величинами,приведёнными во фрагменте, если они выражены в единицах СИ?

Решение.

а) В представленном фрагменте Рудольф Клаузиус формулирует один из фундаментальных законов природы — закон сохранения и превращения энергии, применительно к тепловым явлениям. Это утверждение о том, что теплота и работа могут превращаться друг в друга, причём в эквивалентных количествах, является одной из формулировок первого начала (закона) термодинамики. Этот закон устанавливает, что энергия не исчезает и не возникает из ничего, а лишь переходит из одной формы в другую.

Ответ: Р. Клаузиус сформулировал закон сохранения энергии для тепловых процессов, известный как первое начало термодинамики.

б) Под «теплотой» Р. Клаузиус понимает физическую величину, которую в современной физике называют количеством теплоты. Это энергия, которая передаётся от одного тела к другому без совершения макроскопической работы, исключительно за счёт разности их температур (в процессе теплообмена). Утверждая эквивалентность «теплоты» и работы, Клаузиус рассматривает количество теплоты как одну из форм энергии.

Ответ: Количество теплоты ($\text{Q}$).

в) В фрагменте говорится о пропорциональности между количеством теплоты ($\text{Q}$) и работой ($\text{A}$). Эту зависимость можно записать в виде формулы $A = J \cdot Q$, где $\text{J}$ — это коэффициент пропорциональности. Исторически, когда количество теплоты измеряли в калориях, а работу — в механических единицах (например, эргах или килограмм-силах на метр), этот коэффициент, называемый механическим эквивалентом теплоты, был отличен от единицы. Однако в Международной системе единиц (СИ) и работа, и количество теплоты, будучи формами энергии, измеряются в одних и тех же единицах — джоулях (Дж). При использовании единой единицы измерения для обеих величин эквивалентность означает их равенство. Таким образом, в СИ соотношение между ними записывается как $A = Q$, и коэффициент пропорциональности становится безразмерной величиной, равной единице.

Ответ: Коэффициент пропорциональности равен 1.