Номер 2, страница 160, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

2. При накачивании воздуха в велосипедную шину насос заметно нагревается. Почему?

2. При накачивании воздуха в велосипедную шину насос заметно нагревается. Почему?

Нагревание насоса при накачивании шины объясняется в первую очередь первым законом термодинамики. Когда мы двигаем поршень насоса, мы совершаем механическую работу по сжатию воздуха, находящегося в его цилиндре. Сжатие происходит быстро, поэтому теплообмен между воздухом в насосе и окружающей средой минимален. Такой процесс называется адиабатическим. Первый закон термодинамики гласит, что изменение внутренней энергии системы $ΔU$ равно сумме работы $A'$, совершенной над системой, и количества теплоты $\text{Q}$, переданного системе: $ΔU = A' + Q$. В нашем случае работа $A'$ совершается над газом (воздухом), поэтому её значение положительно. Так как процесс близок к адиабатическому, можно считать, что $Q \approx 0$. Таким образом, практически вся работа, совершённая над газом, идет на увеличение его внутренней энергии: $ΔU \approx A'$. Для идеального газа, каковым можно считать воздух в данных условиях, внутренняя энергия прямо пропорциональна его абсолютной температуре. Следовательно, увеличение внутренней энергии приводит к значительному повышению температуры воздуха. Горячий сжатый воздух передает тепло стенкам цилиндра насоса путем теплопроводности, что и вызывает их нагрев. Второстепенной причиной является трение поршня о стенки цилиндра, которое также выделяет тепло, но основной вклад вносит именно термодинамический процесс сжатия газа.

Ответ: Насос нагревается, потому что совершаемая при сжатии воздуха работа преобразуется во внутреннюю энергию воздуха, что приводит к повышению его температуры. Затем горячий воздух нагревает корпус насоса.