Номер 3, страница 152 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 5. Законы термодинамики. Параграф 5.3. Эквивалентность количества теплоты и работы - номер 3, страница 152.

Условие.

3. Поясните смысл понятия «механический эквивалент теплоты».

Решение.

Механический эквивалент теплоты — это коэффициент пропорциональности, который устанавливает количественное соотношение между механической работой и количеством теплоты. Он показывает, какое количество работы необходимо совершить, чтобы в системе выделилось единичное количество теплоты, или наоборот, какую работу можно совершить за счет единичного количества теплоты.

Это понятие было введено в XIX веке, когда благодаря экспериментам, в первую очередь Джеймса Джоуля, было доказано, что теплота является одной из форм энергии. До этого господствовала теория теплорода, согласно которой теплота считалась особой невесомой жидкостью. Опыты Джоуля показали, что механическая работа может переходить в теплоту, и этот переход происходит в строго определенном, эквивалентном соотношении.

Связь между работой $\text{W}$ и количеством теплоты $\text{Q}$ выражается формулой:

$W = J \cdot Q$

где $\text{J}$ — и есть механический эквивалент теплоты.

Исторически количество теплоты измеряли в калориях (кал), а работу — в джоулях (Дж). Экспериментально было установлено, что:

$J \approx 4.186$ Дж/кал

Это означает, что для того, чтобы нагреть 1 грамм воды на 1 °C (что соответствует 1 калории), необходимо совершить механическую работу, равную примерно 4,186 Дж.

В современной Международной системе единиц (СИ) и работа, и количество теплоты измеряются в одних и тех же единицах — джоулях. В этом случае механический эквивалент теплоты становится безразмерной величиной, равной единице ($J=1$), а само понятие теряет свой первоначальный смысл и приобретает в основном историческое значение. Оно является фундаментальным подтверждением закона сохранения энергии, который в применении к тепловым явлениям известен как первое начало термодинамики.

Ответ: Механический эквивалент теплоты — это физическая величина, численно равная количеству механической работы, которое необходимо совершить для получения единицы количества теплоты. Это понятие отражает фундаментальный закон сохранения энергии, устанавливая эквивалентность между механической работой и теплотой как формами передачи энергии. В системе СИ, где работа и теплота измеряются в джоулях, его численное значение равно 1.