Номер 8, страница 87 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

*8. Примените первый закон термодинамики для случая, когда тело нагревается при ударе.

*8. Решение

Первый закон термодинамики связывает изменение внутренней энергии системы с количеством полученной теплоты и совершенной работой. Его можно записать в следующей форме:

$Q = \Delta U + A$

где $Q$ — количество теплоты, переданное системе, $\Delta U$ — изменение внутренней энергии системы, а $A$ — работа, совершенная системой над внешними телами.

Рассмотрим случай, когда тело нагревается при ударе, с точки зрения этого закона:

1. Количество теплоты $Q$. Удар — это очень быстрый процесс. За столь короткое время тело не успевает обменяться значительным количеством теплоты с окружающей средой. Поэтому такой процесс можно считать адиабатным, то есть протекающим без теплообмена. Следовательно, $Q = 0$.

2. Работа $A$. Во время удара тело испытывает неупругую деформацию (например, сжатие). Внешняя сила (сила удара) совершает над телом механическую работу. Работа $A$, которую совершает сама система (тело), направлена против деформирующей силы, поэтому она отрицательна: $A < 0$. Работа, совершенная над телом внешними силами $A_{внеш}$, положительна, и $A = -A_{внеш}$.

Теперь применим первый закон термодинамики к нашему случаю. Подставив $Q = 0$ в уравнение, получим:

$0 = \Delta U + A$

Выразим отсюда изменение внутренней энергии:

$\Delta U = -A$

Поскольку работа $A$, совершаемая системой, отрицательна ($A < 0$), то ее изменение внутренней энергии $\Delta U$ будет положительным ($\Delta U > 0$).

Увеличение внутренней энергии тела означает увеличение кинетической энергии хаотического движения его молекул, что макроскопически проявляется как повышение температуры. Таким образом, механическая работа, совершённая над телом при ударе, полностью переходит в его внутреннюю энергию, вызывая нагревание.

Ответ: Согласно первому закону термодинамики ($Q = \Delta U + A$), процесс удара является адиабатным ($Q = 0$), а работа совершается внешними силами над телом ($A < 0$). В результате уравнение принимает вид $\Delta U = -A$. Так как $A$ отрицательно, изменение внутренней энергии $\Delta U$ положительно, что означает, что вся работа внешних сил превращается во внутреннюю энергию тела, приводя к его нагреванию.