Номер 4, страница 144 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 5. Законы термодинамики. Параграф 5.1. Работа в термодинамике - номер 4, страница 144.

Условие.

4. Может ли работа в термодинамике принимать отрицательные значения? При каких условиях?

Решение.

Решение

Да, работа в термодинамике может принимать отрицательные значения. Это происходит в тех случаях, когда работа совершается не самой системой над внешними телами, а наоборот, когда внешние силы совершают работу над системой.

В термодинамике работа, совершаемая системой (например, газом), $\text{A}$ напрямую связана с изменением её объёма. Для наглядности рассмотрим изобарный процесс, то есть процесс, протекающий при постоянном давлении $\text{p}$. В этом случае работа вычисляется по формуле:

$A = p \cdot \Delta V = p \cdot (V_2 - V_1)$

где $V_1$ — это начальный объём системы, а $V_2$ — конечный объём. Из формулы видно, что знак работы определяется знаком изменения объёма $\Delta V$.

Существуют три варианта:

1. Расширение системы. Если объём системы увеличивается ($V_2 > V_1$), то изменение объёма $\Delta V$ положительно. Следовательно, работа $\text{A}$, совершаемая системой, также положительна ($A > 0$). В этом случае говорят, что система совершает работу над внешними телами (например, газ расширяется и толкает поршень).

2. Сжатие системы. Если объём системы уменьшается ($V_2 < V_1$), то изменение объёма $\Delta V$ отрицательно. Следовательно, работа $\text{A}$, совершаемая системой, будет отрицательной ($A < 0$). Это означает, что работа совершается внешними силами над системой (например, поршень сжимает газ).

3. Объём постоянен. Если объём системы не изменяется ($V_2 = V_1$), то $\Delta V = 0$, и работа равна нулю ($A = 0$). Такой процесс называется изохорным.

Таким образом, работа в термодинамике принимает отрицательные значения при условии сжатия системы.

Ответ: Да, работа в термодинамике может быть отрицательной. Это происходит при условии, что объём термодинамической системы уменьшается (происходит сжатие). В этом случае работа совершается внешними силами над системой, а работа самой системы по определению считается отрицательной.