Номер 5, страница 187 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

5. Что является доказательством справедливости первого закона термодинамики?

4. К каким системам применим первый закон термодинамики?

Первый закон термодинамики, являющийся по своей сути законом сохранения энергии для термодинамических процессов, является универсальным законом природы. Он применим к любым макроскопическим системам, независимо от их природы, состава и состояния.

Его применимость распространяется, например, на закрытые системы, которые обмениваются с окружающей средой только энергией (теплотой и работой), но не веществом. Для них первый закон записывается в форме $Q = \Delta U + A'$, где $\text{Q}$ — количество теплоты, переданное системе, $\Delta U$ — изменение ее внутренней энергии, а $A'$ — работа, совершенная системой. Также он применим к изолированным системам, которые не обмениваются ни энергией, ни веществом с окружением; для них $Q = 0$ и $A' = 0$, следовательно, внутренняя энергия постоянна: $\Delta U = 0$. Наконец, первый закон термодинамики применим и к открытым системам, которые обмениваются с окружением и энергией, и веществом, хотя его формулировка в этом случае усложняется необходимостью учета энергии, переносимой массой.

Таким образом, первый закон термодинамики применим ко всем без исключения термодинамическим системам, находящимся в различных агрегатных состояниях (газы, жидкости, твердые тела) и участвующим в любых термодинамических процессах (изотермических, изобарных, изохорных, адиабатных и т.д.).

Ответ: Первый закон термодинамики применим к любым термодинамическим системам, как к закрытым и изолированным, так и к открытым.

5. Что является доказательством справедливости первого закона термодинамики?

Первый закон термодинамики не является математической теоремой, которую можно доказать, исходя из более общих аксиом. Это — фундаментальный закон природы, установленный эмпирическим путем, то есть на основе обобщения огромного количества опытных фактов и наблюдений. Его справедливость подтверждается всем опытом человечества.

Главным доказательством справедливости первого закона термодинамики является невозможность создания вечного двигателя первого рода (лат. perpetuum mobile). Вечный двигатель первого рода — это гипотетическое устройство, способное совершать работу неограниченно долго, не потребляя при этом энергии извне. Такое устройство нарушало бы закон сохранения энергии, так как оно производило бы энергию из ничего.

Многочисленные попытки создать такой двигатель на протяжении всей истории науки неизменно заканчивались неудачей. Именно эта совокупность неудачных экспериментов и отсутствие каких-либо наблюдаемых явлений, противоречащих закону сохранения энергии, служат самым веским подтверждением его справедливости.

Следовательно, доказательством является не строгий математический вывод, а весь накопленный экспериментальный опыт, который можно сформулировать в виде постулата: «Невозможно построить вечный двигатель первого рода».

Ответ: Доказательством справедливости первого закона термодинамики является установленный на основе многочисленных опытов факт невозможности создания вечного двигателя первого рода — устройства, которое совершало бы работу без потребления энергии.