Номер 2, страница 184 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

2. Что такое количество теплоты?

1. Какими способами можно изменить внутреннюю энергию тела?

Внутренняя энергия тела представляет собой сумму кинетической энергии хаотического теплового движения частиц (атомов, молекул, ионов), из которых состоит тело, и потенциальной энергии их взаимодействия. Согласно первому началу термодинамики, изменение внутренней энергии ($\Delta U$) системы равно сумме работы, совершенной над системой внешними силами ($\text{A}$), и количества теплоты, переданного системе ($\text{Q}$): $\Delta U = Q + A$.

Исходя из этого, существует два фундаментальных способа изменения внутренней энергии:

1. Совершение работы. Внутренняя энергия тела изменяется при совершении механической работы.
• Если внешние силы совершают работу над телом (например, при сжатии газа в цилиндре, деформации или трении), его внутренняя энергия увеличивается.
• Если тело само совершает работу над внешними телами (например, газ расширяется и толкает поршень), его внутренняя энергия уменьшается.

2. Теплопередача (или теплообмен). Это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы, обусловленный разностью температур. Энергия в форме тепла всегда самопроизвольно передается от более нагретого тела к менее нагретому. Существует три вида теплопередачи:
• Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия частиц (молекул, атомов, электронов). Характерен для твердых тел.
• Конвекция – перенос энергии потоками жидкости или газа. Нагретые, менее плотные слои поднимаются вверх, а холодные, более плотные, опускаются вниз, создавая циркуляционные потоки.
• Излучение – перенос энергии посредством электромагнитных волн (в основном, в инфракрасном диапазоне). Этот вид теплопередачи не требует наличия среды и может происходить в вакууме (например, Солнце нагревает Землю).

Ответ: Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: совершением механической работы (над телом или самим телом) и теплопередачей (посредством теплопроводности, конвекции или излучения).

2. Что такое количество теплоты?

Количество теплоты ($\text{Q}$) — это мера энергии, которая передается от одного тела к другому в процессе теплообмена. Важно понимать, что теплота не является видом энергии, содержащейся в теле (такой энергией является внутренняя энергия), а представляет собой энергию в процессе ее передачи.

Теплообмен происходит при наличии разности температур: энергия передается от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Когда тело получает количество теплоты, его внутренняя энергия увеличивается ($Q > 0$). Когда тело отдает количество теплоты, его внутренняя энергия уменьшается ($Q < 0$).

В Международной системе единиц (СИ) количество теплоты, как и любой другой вид энергии, измеряется в джоулях (Дж).

Ответ: Количество теплоты — это количественная мера энергии, переданной от одного тела к другому в процессе теплообмена без совершения механической работы.

3. Как рассчитать количество теплоты, отдаваемой или...

Количество теплоты ($\text{Q}$), которое тело получает при нагревании или отдает при охлаждении, рассчитывается по формуле:

$Q = c \cdot m \cdot (T_{2} - T_{1})$

или в более общем виде:

$Q = c \cdot m \cdot \Delta T$

где:
• $\text{Q}$ — количество теплоты (в джоулях, Дж).
• $\text{c}$ — удельная теплоемкость вещества. Это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить 1 кг вещества, чтобы нагреть его на 1 K (или 1 °C). Единица измерения — Дж/(кг·К) или Дж/(кг·°C).
• $\text{m}$ — масса тела (в килограммах, кг).
• $\Delta T = T_{2} - T_{1}$ — изменение температуры тела, где $T_{2}$ — конечная температура, а $T_{1}$ — начальная температура (в кельвинах, K, или в градусах Цельсия, °C).

Если тело нагревается, то $T_{2} > T_{1}$, $\Delta T > 0$, и, следовательно, $Q > 0$ (тело получает тепло). Если тело охлаждается, то $T_{2} < T_{1}$, $\Delta T < 0$, и $Q < 0$. Количество отданной теплоты в этом случае будет равно модулю полученного значения $|Q|$.

Ответ: Количество теплоты, отдаваемое или получаемое телом при изменении его температуры, рассчитывается по формуле $Q = c \cdot m \cdot \Delta T$, где $\text{c}$ – удельная теплоемкость вещества, $\text{m}$ – масса тела, а $\Delta T$ – изменение его температуры.