Номер 2, страница 272 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Молекулярная физика. 10. Термодинамика. Параграф 55. Внутренняя энергия. Вопросы - номер 2, страница 272.

Условие.

2. От какого макроскопического параметра зависит внутренняя энергия идеального газа? Как изменяется температура тела, если оно отдаёт энергии больше, чем получает извне?

Решение.

От какого макроскопического параметра зависит внутренняя энергия идеального газа?

Внутренняя энергия идеального газа ($U$) — это сумма кинетических энергий хаотического (теплового) движения всех его молекул. В модели идеального газа потенциальной энергией взаимодействия молекул пренебрегают.

Согласно молекулярно-кинетической теории, средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газа прямо пропорциональна абсолютной температуре. Внутренняя энергия для $\nu$ молей идеального газа выражается формулой:

$U = \frac{i}{2} \nu RT$

где $i$ — число степеней свободы молекул газа (для одноатомного газа $i=3$, для двухатомного $i=5$), $\nu$ — количество вещества, $R$ — универсальная газовая постоянная, а $T$ — абсолютная температура.

Из этой формулы видно, что для постоянного количества газа (при постоянном $\nu$) внутренняя энергия $U$ является функцией только одного макроскопического параметра — абсолютной температуры $T$. Она не зависит ни от давления, ни от объёма.

Ответ: Внутренняя энергия идеального газа зависит только от его абсолютной температуры.

Как изменяется температура тела, если оно отдаёт энергии больше, чем получает извне?

Изменение внутренней энергии тела ($\Delta U$) определяется балансом полученной и отданной энергии. Если тело отдает во внешнюю среду больше энергии ($E_{отд}$), чем получает извне ($E_{пол}$), то его внутренняя энергия уменьшается.

Изменение внутренней энергии можно записать как: $\Delta U = E_{пол} - E_{отд}$.

По условию $E_{отд} > E_{пол}$, следовательно, $\Delta U < 0$, то есть внутренняя энергия тела убывает.

Температура тела является мерой средней кинетической энергии его частиц (атомов, молекул). Внутренняя энергия тела напрямую связана с этой кинетической энергией. Поэтому уменьшение внутренней энергии приводит к уменьшению средней кинетической энергии частиц, что макроскопически проявляется как понижение температуры тела.

Ответ: Если тело отдаёт энергии больше, чем получает извне, его температура понижается.