Номер 1, страница 159 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 5. Законы термодинамики. Параграф 5.5. Первый закон термодинамики - номер 1, страница 159.

Условие.

? 1. Сформулируйте первый закон термодинамики. Поясните его физический смысл.

Решение.

Формулировка первого закона термодинамики

Первый закон термодинамики (также известный как первое начало термодинамики) является фундаментальным законом природы и представляет собой закон сохранения энергии, примененный к термодинамическим системам. Его можно сформулировать следующим образом: количество теплоты $\text{Q}$, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии $\Delta U$ и на совершение системой работы $\text{A}$ над внешними телами.

Математически этот закон выражается формулой:

$Q = \Delta U + A$

Существует и другая эквивалентная формулировка: изменение внутренней энергии $\Delta U$ системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил $A'$ и количества теплоты $\text{Q}$, переданного системе. В этом случае формула имеет вид:

$\Delta U = Q + A'$

Обе формулировки эквивалентны, так как работа, совершаемая системой ($\text{A}$), и работа, совершаемая над системой внешними силами ($A'$), связаны соотношением $A = -A'$.

Ответ: Первый закон термодинамики гласит, что количество теплоты ($\text{Q}$), переданное системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии ($\Delta U$) и на совершение системой работы ($\text{A}$) над внешними телами, что выражается формулой $Q = \Delta U + A$.

Физический смысл первого закона термодинамики

Физический смысл первого закона термодинамики заключается в том, что он является обобщением и распространением закона сохранения энергии на тепловые явления. Этот закон утверждает, что энергия не может быть создана из ничего и не может исчезнуть бесследно; она лишь переходит из одной формы в другую. В термодинамике энергия системы может изменяться через передачу тепла ($\text{Q}$), через совершение работы ($\text{A}$), и как следствие этих процессов — через изменение внутренней энергии ($\Delta U$). Первый закон устанавливает между этими величинами строгую количественную связь.

Важнейшим следствием этого закона является невозможность создания вечного двигателя первого рода (лат. perpetuum mobile) — гипотетического устройства, которое могло бы совершать работу бесконечно долго, не черпая энергию извне и не расходуя свою внутреннюю энергию. Согласно первому закону, для совершения работы ($A > 0$) система должна либо получить энергию извне в виде тепла ($Q > 0$), либо совершить работу за счет уменьшения своей внутренней энергии ($\Delta U < 0$), запас которой всегда конечен. Таким образом, создание энергии из ничего невозможно.

Ответ: Физический смысл первого закона термодинамики состоит в том, что он является выражением фундаментального закона сохранения энергии для тепловых процессов и устанавливает невозможность существования вечного двигателя первого рода, который производил бы работу без потребления энергии.