Номер 3, страница 291 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Творческие задания. Параграф 60. Второй закон термодинамики. 10. Термодинамика. Молекулярная физика - номер 3, страница 291.

Условие.

3. Приведите примеры адиабатных процессов, которые вы наблюдали (не менее трёх)

Решение.

Адиабатный процесс — это термодинамический процесс, который происходит без теплообмена системы с окружающей средой. В таком процессе количество теплоты $Q$, полученное или отданное системой, равно нулю ($Q=0$). Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы $ΔU$ равно работе $A'$, совершённой внешними силами над системой ($ΔU = A'$), или работе $A$, совершённой самой системой, взятой с противоположным знаком ($ΔU = -A$).

Следовательно, если система совершает работу (адиабатное расширение), её внутренняя энергия и температура уменьшаются. Если же над системой совершается работа (адиабатное сжатие), её внутренняя энергия и температура увеличиваются.

Ниже приведены три примера адиабатных процессов, наблюдаемых в жизни.

1. Образование тумана при открытии бутылки с газированным напитком.

   Когда мы открываем бутылку с шампанским или газировкой, сжатый углекислый газ, находящийся над жидкостью, очень быстро расширяется. Этот процесс происходит настолько быстро, что газ не успевает обменяться теплом с окружающим воздухом или стенками бутылки. Газ совершает работу против сил атмосферного давления, и его внутренняя энергия уменьшается, что приводит к резкому охлаждению. В результате этого охлаждения водяной пар, присутствующий в воздухе у горлышка бутылки, конденсируется, образуя видимое облачко тумана. Это пример адиабатного расширения.

2. Нагревание насоса при накачивании шины.

   При накачивании шины велосипеда или автомобиля с помощью ручного насоса мы совершаем работу по быстрому сжатию воздуха внутри цилиндра насоса. Так как процесс сжатия происходит быстро, тепло не успевает рассеяться в окружающую среду. Работа, совершаемая над газом, переходит в его внутреннюю энергию, что приводит к значительному повышению его температуры. Это адиабатное сжатие, и мы можем ощутить его результат, прикоснувшись к нагревшемуся корпусу насоса.

3. Формирование облаков в атмосфере.

   Тёплые и влажные воздушные массы у поверхности Земли, поднимаясь вверх, попадают в слои атмосферы с более низким давлением. Вследствие этого они расширяются. Поскольку объёмы этих масс огромны, процесс расширения происходит практически без теплообмена с окружающим пространством, то есть адиабатно. При расширении воздух совершает работу, что ведёт к его охлаждению. Когда температура воздуха понижается до точки росы, содержащийся в нём водяной пар начинает конденсироваться в мельчайшие капли воды или кристаллы льда, образуя облака.

Ответ: Примерами наблюдаемых адиабатных процессов являются: 1) образование тумана при открывании бутылки с газированной водой (адиабатное расширение); 2) нагревание насоса при накачивании шины (адиабатное сжатие); 3) образование облаков при подъёме воздушных масс в атмосфере (адиабатное расширение).