Номер 3, страница 283 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Вопросы. Параграф 58. Адиабатный процесс. 10. Термодинамика. Молекулярная физика - номер 3, страница 283.

Условие.

3. Почему при адиабатном расширении температура газа падает, а при сжатии возрастает?

Решение.

Решение

Изменение температуры газа при адиабатном процессе (процессе без теплообмена с окружающей средой, $Q=0$) объясняется первым началом термодинамики. Первое начало термодинамики гласит, что изменение внутренней энергии системы ($\Delta U$) равно количеству теплоты, переданному системе ($Q$), минус работа, совершенная системой над внешними телами ($A$):

$\Delta U = Q - A$

Поскольку в адиабатном процессе теплообмен отсутствует ($Q=0$), уравнение упрощается до:

$\Delta U = -A$

Внутренняя энергия идеального газа ($U$) напрямую зависит от его температуры ($T$). Следовательно, изменение внутренней энергии приводит к изменению температуры газа. Рассмотрим два случая.

Адиабатное расширение

При расширении газ совершает положительную работу над окружающими телами (например, толкает поршень), то есть $A > 0$. Согласно первому началу термодинамики для адиабатного процесса, изменение внутренней энергии газа будет отрицательным:

$\Delta U = -A < 0$

Уменьшение внутренней энергии газа означает уменьшение средней кинетической энергии его молекул, что приводит к понижению температуры. Иными словами, газ совершает работу за счет своей собственной внутренней энергии, что и вызывает его охлаждение.

Адиабатное сжатие

При сжатии внешние силы совершают работу над газом. Это означает, что работа, совершаемая самим газом, отрицательна: $A < 0$. В этом случае изменение внутренней энергии газа будет положительным:

$\Delta U = -A > 0$

Увеличение внутренней энергии газа означает, что средняя кинетическая энергия его молекул возрастает, что приводит к повышению температуры. Работа, совершаемая внешними силами, переходит во внутреннюю энергию газа, нагревая его.

Ответ: При адиабатном расширении газ совершает работу за счет своей внутренней энергии, что приводит к ее уменьшению и, следовательно, к падению температуры. При адиабатном сжатии внешние силы совершают работу над газом, увеличивая его внутреннюю энергию и температуру, так как теплообмен с окружающей средой отсутствует.