Номер 4, страница 204, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

4. Почему нельзя говорить о количестве теплоты, запасенной системой?

4. Почему нельзя говорить о количестве теплоты, запасенной системой?

Говорить о "количестве теплоты, запасенной системой" физически некорректно, потому что теплота не является функцией состояния системы, в отличие от внутренней энергии, температуры или давления. Теплота — это функция процесса.

Разберем это подробнее:

• Функция состояния vs. Функция процесса: Функция состояния (например, внутренняя энергия $\text{U}$) зависит только от текущего состояния системы (ее температуры, давления, объема) и не зависит от того, каким путем система пришла в это состояние. Система обладает определенной внутренней энергией. Напротив, теплота ($\text{Q}$) и работа ($\text{A}$) являются функциями процесса. Их значения зависят от конкретного пути перехода системы из одного состояния в другое.
• Энергия в пути: Теплоту можно сравнить с "энергией в пути". Она существует только в момент ее передачи от одного тела к другому. Как только процесс теплопередачи завершается, переданная энергия перестает быть теплотой и превращается в часть внутренней энергии тела, которое ее получило. Аналогично, мы не говорим о "работе, запасенной в теле". Работа совершается в процессе, изменяя энергию тела.
• Пример из первого закона термодинамики: Рассмотрим переход системы из состояния 1 в состояние 2. Изменение внутренней энергии $\Delta U = U_2 - U_1$ будет одинаковым для любого процесса. Однако, согласно первому закону термодинамики, $Q = \Delta U + A$. Поскольку работа $\text{A}$ зависит от пути перехода, то и количество теплоты $\text{Q}$ тоже будет зависеть от пути. Например, можно нагреть газ в сосуде с закрепленным поршнем (изохорный процесс, $A=0$), и тогда вся теплота пойдет на увеличение внутренней энергии: $Q = \Delta U$. А можно нагревать газ при свободном поршне (изобарный процесс, $A \neq 0$), и тогда для того же изменения внутренней энергии $\Delta U$ потребуется большее количество теплоты: $Q = \Delta U + A$. Это доказывает, что количество теплоты не является однозначной характеристикой состояния системы.

Ответ: Нельзя говорить о количестве теплоты, запасенной системой, потому что теплота — это не характеристика состояния системы (в отличие от внутренней энергии), а мера энергии, передаваемой в процессе теплообмена. Величина переданной теплоты зависит от способа (пути) перехода системы из одного состояния в другое, поэтому она является функцией процесса, а не состояния.