Номер 2, страница 275 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Вопросы. Параграф 56. Работа газа при изопроцессах. 10. Термодинамика. Молекулярная физика - номер 2, страница 275.

Условие.

2. От каких величин зависит работа, совершаемая силой давления газа?

Решение.

Решение

Работа, совершаемая силой давления газа, зависит от двух основных величин: давления газа и изменения его объема. Чтобы понять эту зависимость, рассмотрим модель газа в сосуде с подвижным поршнем.

Газ, находящийся в сосуде под поршнем площадью $S$, давит на него с силой $F$. Эта сила равна произведению давления газа $p$ на площадь поршня $S$:

$F = p \cdot S$

Если газ расширяется и перемещает поршень на небольшое расстояние $\Delta l$, то сила давления газа совершает работу $A$. По определению, работа — это произведение силы на перемещение:

$A = F \cdot \Delta l$

Подставим в эту формулу выражение для силы $F$:

$A = (p \cdot S) \cdot \Delta l = p \cdot (S \cdot \Delta l)$

Произведение площади поршня $S$ на его перемещение $\Delta l$ есть не что иное, как изменение объема газа $\Delta V = V_2 - V_1$:

$\Delta V = S \cdot \Delta l$

Следовательно, формула для работы газа принимает вид:

$A = p \cdot \Delta V$

Данное выражение точно описывает работу в изобарном процессе (когда давление $p$ постоянно). В общем случае, когда давление изменяется, работа газа зависит от того, как именно давление менялось при изменении объема. Геометрически работа газа равна площади фигуры под графиком процесса на диаграмме в координатах давление-объем ($p-V$).

Таким образом, можно заключить, что работа, совершаемая силой давления газа, определяется двумя факторами. Во-первых, это изменение объема газа ($\Delta V$). Если объем не меняется ($\Delta V = 0$), работа равна нулю, независимо от давления. Если объем увеличивается ($\Delta V > 0$), газ совершает положительную работу. Если объем уменьшается ($\Delta V < 0$), работа газа отрицательна. Во-вторых, это давление газа ($p$). При одном и том же изменении объема, газ, находящийся под большим давлением, совершит большую работу.

Ответ: Работа, совершаемая силой давления газа, зависит от давления газа и от изменения его объема.