Номер 1, страница 148 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 5. Законы термодинамики. Параграф 5.2. Количество теплоты - номер 1, страница 148.

Условие.

? 1. Дайте определение понятия «количество теплоты». Почему не существует понятия «количество работы»?

Решение.

Решение

Дайте определение понятия «количество теплоты».

Количество теплоты ($\text{Q}$) — это физическая величина, представляющая собой меру энергии, переданной от одного тела к другому в процессе теплообмена. Теплообмен (или теплопередача) — это самопроизвольный процесс передачи внутренней энергии от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой, который происходит без совершения макроскопической работы.

Важно понимать, что количество теплоты характеризует именно процесс передачи энергии, а не является свойством самого тела. Тело обладает внутренней энергией ($\text{U}$), а количество теплоты, наряду с работой ($\text{A}$), является одной из мер изменения этой внутренней энергии. Согласно первому закону термодинамики, количество теплоты, переданное системе ($\text{Q}$), идет на изменение ее внутренней энергии ($\Delta U$) и на совершение системой работы ($\text{A}$) над внешними телами: $Q = \Delta U + A$. Единицей измерения количества теплоты в системе СИ, как и для любой энергии, является джоуль (Дж).

Ответ: Количество теплоты — это мера энергии, которая передается от одного тела к другому в процессе теплообмена, то есть без совершения механической работы.

Почему не существует понятия «количество работы»?

В физике, и в частности в термодинамике, не используется устоявшийся термин «количество работы» по ряду фундаментальных и исторических причин, хотя работа, как и теплота, является количественной характеристикой.

1. Работа ($\text{A}$), так же как и количество теплоты ($\text{Q}$), является функцией процесса, а не функцией состояния. Это означает, что работа не характеризует состояние системы (как, например, внутренняя энергия, температура или объем), а описывает процесс перехода системы из одного состояния в другое. Величина совершенной работы зависит от конкретного пути этого перехода. Поэтому система не может "обладать" или "содержать" в себе работу. Можно говорить только о работе, совершенной системой или над системой в ходе определенного процесса.

2. Исторически термин «количество теплоты» закрепился во времена, когда доминировала теория теплорода, согласно которой теплота считалась некой невесомой субстанцией, способной "накапливаться" в телах и "перетекать" между ними. Хотя эта теория была опровергнута, сам термин сохранился для обозначения энергии, переданной путем теплообмена. Для работы аналогичной исторической предпосылки не было.

3. С точки зрения языка и терминологии, слово «работа» само по себе уже подразумевает количественную меру. Физики говорят «совершена работа в 100 Дж», и это выражение является полным и достаточным. Добавление слова «количество» к слову «работа» является избыточным (тавтологией), в отличие от словосочетания «количество теплоты», которое стало общепринятым термином.

Таким образом, основная причина заключается в том, что и работа, и теплота — это способы передачи энергии, а не виды энергии, содержащиеся в теле. Но из-за исторических и лингвистических особенностей для характеристики энергии, переданной через теплообмен, используется термин «количество теплоты», а для энергии, переданной механическим путем, — просто «работа».

Ответ: Понятие «количество работы» не используется, так как работа, подобно теплоте, является характеристикой процесса передачи энергии, а не состояния системы. Термин «работа» уже сам по себе означает количественную меру, и добавление уточняющего слова «количество» является излишним, в то время как термин «количество теплоты» является исторически устоявшимся.