Номер 3, страница 93 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

*3. Приведите примеры обратимых и необратимых процессов. Объясните их.

Решение

В термодинамике все процессы делятся на обратимые и необратимые. Это разделение основано на возможности возврата системы в исходное состояние без каких-либо изменений в окружающей среде.

Обратимые процессы

Обратимым называется такой термодинамический процесс, который можно провести в обратном направлении через те же самые промежуточные состояния, что и в прямом направлении. После возвращения системы в исходное состояние ни в самой системе, ни в окружающей среде не остается никаких изменений.

Обратимые процессы — это идеализированные модели. Для их осуществления необходимо, чтобы процесс протекал бесконечно медленно (квазистатически), проходя через последовательность равновесных состояний, и чтобы отсутствовали любые диссипативные силы, такие как трение или вязкость.

Примеры обратимых процессов:

1. Квазистатическое изотермическое расширение и сжатие идеального газа. Представим газ в цилиндре под поршнем без трения. Если очень медленно нагревать газ, он будет расширяться. Если затем так же медленно его охлаждать, он вернется в исходное состояние, пройдя те же промежуточные состояния в обратном порядке.

2. Колебания математического маятника в вакууме. В отсутствие сопротивления воздуха и трения в точке подвеса маятник будет качаться вечно, обратимо превращая потенциальную энергию в кинетическую и обратно.

3. Плавление льда при температуре плавления ($0$ °C при нормальном давлении). Если к смеси льда и воды подводить тепло, лед будет таять. Если отводить то же количество тепла, вода будет кристаллизоваться. Процесс обратим, так как может идти в обе стороны при одинаковых условиях.

Ответ: Обратимый процесс — это идеализированный процесс, который можно провести в прямом и обратном направлении через те же состояния, не оставляя изменений в окружающей среде. Примеры: квазистатическое сжатие газа без трения, колебания идеального маятника, плавление при температуре плавления.

Необратимые процессы

Необратимым называется процесс, который не может самопроизвольно протекать в обратном направлении. Все реальные процессы в природе являются необратимыми. При попытке вернуть систему в исходное состояние в окружающей среде обязательно произойдут изменения. Необратимость связана с такими явлениями, как трение, диффузия, теплопроводность при наличии разности температур.

Примеры необратимых процессов:

1. Теплопередача от горячего тела к холодному. Тепло всегда самопроизвольно переходит от тела с более высокой температурой к телу с более низкой. Обратный процесс — самопроизвольный переход тепла от холодного тела к горячему — невозможен (это одно из следствий второго начала термодинамики).

2. Диффузия. Если смешать два разных газа (например, кислород и азот), их молекулы перемешаются. Самопроизвольно разделиться обратно на два чистых газа они не могут.

3. Падение тела с высоты. При падении потенциальная энергия тела переходит в кинетическую, а при ударе о землю — во внутреннюю энергию (нагрев) тела и земли. Обратный процесс, где тело самопроизвольно охладилось бы и подпрыгнуло на исходную высоту, не происходит.

4. Трение. При движении тела с трением его механическая энергия диссипирует (рассеивается) в виде тепла. Это тепло невозможно полностью собрать и превратить обратно в механическое движение тела.

Ответ: Необратимый процесс — это любой реальный процесс, который не может самопроизвольно протекать в обратном направлении. Примеры: теплообмен между телами с разной температурой, диффузия газов, горение, процессы с участием трения.