Номер 3, страница 264 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Молекулярная физика. 9. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Параграф 54. Изопроцессы. Вопросы - номер 3, страница 264.

Условие.

3. Почему при изотермическом расширении к газу подводится количество теплоты?

Решение.

3. Для ответа на этот вопрос обратимся к первому закону термодинамики, который гласит, что количество теплоты $Q$, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии $\Delta U$ и на совершение системой работы $A$ над внешними телами:

$Q = \Delta U + A$

Изотермический процесс — это процесс, протекающий при постоянной температуре ($T = \text{const}$).

Внутренняя энергия идеального газа является функцией только его температуры. Так как при изотермическом процессе температура газа не изменяется, то и его внутренняя энергия остается постоянной. Следовательно, изменение внутренней энергии равно нулю: $\Delta U = 0$.

При расширении газ совершает положительную работу ($A > 0$), так как его объем увеличивается.

Подставляя $\Delta U = 0$ в уравнение первого закона термодинамики, получаем:

$Q = 0 + A \implies Q = A$

Поскольку газ совершает положительную работу ($A > 0$), то и подводимое к нему количество теплоты должно быть положительным ($Q > 0$). Это тепло необходимо для компенсации энергии, которую газ затрачивает на совершение работы, чтобы его температура (и, соответственно, внутренняя энергия) оставалась неизменной. Таким образом, вся подводимая к газу теплота при изотермическом расширении полностью превращается в работу, совершаемую газом.

Ответ: При изотермическом расширении газ совершает работу, на которую тратится энергия. Чтобы температура газа оставалась постоянной (а значит, и внутренняя энергия не изменялась), необходимо подводить извне энергию в виде тепла, которая полностью преобразуется в эту работу.

4. Изобарным (или изобарическим) процессом называют процесс изменения состояния термодинамической системы (например, газа) при постоянном давлении. В таком процессе $p = \text{const}$.

Закон Гей-Люссака описывает поведение идеального газа в изобарном процессе.

Формулировка закона: для данной массы газа при постоянном давлении отношение объема газа к его абсолютной температуре является величиной постоянной.

Математически закон Гей-Люссака выражается формулой:

$\frac{V}{T} = \text{const}$

где $V$ — объем газа, а $T$ — его абсолютная температура (в кельвинах).

Для двух состояний газа (1 и 2) при $p = \text{const}$ и $m = \text{const}$ закон можно записать в виде:

$\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}$

Ответ: Изобарный процесс — это процесс, протекающий при постоянном давлении ($p = \text{const}$). Закон Гей-Люссака гласит, что для данной массы газа при постоянном давлении объем газа прямо пропорционален его абсолютной температуре.