Номер 6, страница 195 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

6. Как меняется температура идеального газа при адиабатном процессе?

5. Нужен ли при этом теплообмен газа с окружающей средой?

Решение:

Этот вопрос, вероятнее всего, относится к адиабатному процессу, который упоминается в следующей задаче. Адиабатный (или адиабатический) процесс — это термодинамический процесс, который по определению происходит в системе без теплообмена с окружающей средой. Это означает, что количество теплоты, полученное или отданное системой, равно нулю ($Q=0$). Таким образом, для протекания адиабатного процесса теплообмен с окружающей средой не просто не нужен, а должен полностью отсутствовать. Изменение внутренней энергии газа в таком процессе происходит исключительно за счет совершения работы над газом или самим газом.

Ответ: Нет, адиабатный процесс по определению происходит без теплообмена с окружающей средой.

6. Как меняется температура идеального газа при адиабатном процессе?

Решение:

Изменение температуры идеального газа при адиабатном процессе можно определить с помощью первого закона термодинамики. Первый закон термодинамики гласит, что изменение внутренней энергии системы $\Delta U$ равно сумме работы $A'$, совершенной над системой внешними силами, и количества теплоты $\text{Q}$, переданного системе: $\Delta U = Q + A'$.
Работу, совершаемую самим газом, обозначим как $\text{A}$. Тогда $A' = -A$. В этом случае первый закон термодинамики запишется как: $\Delta U = Q - A$.

По определению, в адиабатном процессе теплообмен с окружающей средой отсутствует, то есть $Q = 0$. Следовательно, первый закон термодинамики для этого процесса принимает вид: $\Delta U = -A$.

Внутренняя энергия идеального газа ($\text{U}$) зависит только от его температуры. Для идеального газа изменение внутренней энергии прямо пропорционально изменению его абсолютной температуры ($\Delta U \propto \Delta T$). Поэтому изменение знака внутренней энергии означает изменение температуры в ту же сторону.

Рассмотрим два возможных случая:
1. Адиабатное расширение. При расширении газ совершает положительную работу ($A > 0$), выталкивая, например, поршень. Из уравнения $\Delta U = -A$ следует, что изменение внутренней энергии отрицательно ($\Delta U < 0$). Уменьшение внутренней энергии приводит к понижению температуры газа. Таким образом, при адиабатном расширении идеальный газ охлаждается.
2. Адиабатное сжатие. При сжатии внешние силы совершают работу над газом, поэтому работа самого газа отрицательна ($A < 0$). Из уравнения $\Delta U = -A$ следует, что изменение внутренней энергии положительно ($\Delta U > 0$). Увеличение внутренней энергии приводит к росту температуры газа. Таким образом, при адиабатном сжатии идеальный газ нагревается.

Ответ: При адиабатном расширении температура идеального газа уменьшается, а при адиабатном сжатии — увеличивается.