Номер 3, страница 229 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 68. Газовые законы. Глава 10. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы - номер 3, страница 229.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Можно ли утверждать, что изохорный процесс равновесный?

Утверждать, что любой изохорный процесс является равновесным, нельзя. Эти два понятия описывают разные характеристики процесса.

Изохорный процесс — это любой термодинамический процесс, который происходит при постоянном объеме ($V = \text{const}$). Он характеризует постоянство одного из макропараметров системы.

Равновесный (или квазистатический) процесс — это идеализированная модель процесса, который протекает настолько медленно, что система в каждый момент времени проходит через последовательность состояний, бесконечно близких к равновесным. Это означает, что в любой момент времени все параметры системы (давление, температура) одинаковы во всех ее точках. Равновесность характеризует способ протекания процесса.

Таким образом, изохорный процесс может быть как равновесным, так и неравновесным.

• Пример равновесного изохорного процесса: очень медленное нагревание газа в герметично закрытом металлическом баллоне. Тепло подводится так медленно, что температура и давление успевают выравниваться по всему объему газа.

• Пример неравновесного изохорного процесса: быстрый нагрев того же баллона на костре или взрыв топливной смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания при нахождении поршня в верхней мертвой точке. В этих случаях возникают значительные градиенты температуры и давления, и система не является равновесной.

Ответ: Нет, утверждать, что изохорный процесс всегда является равновесным, некорректно. Равновесность процесса зависит от скорости его протекания, а не от того, является ли он изохорным. Изохорный процесс может быть как равновесным (при медленном протекании), так и неравновесным (при быстром протекании).

С какими процессами вы встречаетесь в повседневной жизни?

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с процессами, которые можно с определенной степенью приближения считать основными изопроцессами:

1. Изохорный процесс (объем постоянен, $V = \text{const}$):

• Нагревание воздуха в комнате при закрытых окнах и дверях.

• Нагревание продуктов в герметично закрытой посуде, например, в скороварке (до открытия клапана) или в консервной банке при стерилизации.

• Повышение давления в автомобильной шине в жаркий день, когда автомобиль стоит на месте. Объем шины почти не меняется, а температура и давление воздуха внутри растут.

2. Изобарный процесс (давление постоянно, $p = \text{const}$):

• Кипение воды в открытом чайнике или кастрюле. Процесс происходит при постоянном атмосферном давлении.

• Нагревание воздуха в воздушном шаре. Воздух внутри расширяется, увеличивая объем шара, но давление остается практически равным внешнему атмосферному давлению.

• Расширение или сжатие газа в цилиндре под поршнем, который может свободно двигаться (например, в шприце, если прикладывать постоянное усилие).

3. Изотермический процесс (температура постоянна, $T = \text{const}$):

• Таяние льда или замерзание воды. Эти фазовые переходы происходят при постоянной температуре (0 °C при нормальном давлении).

• Очень медленное сжатие воздуха в насосе. Если сжимать газ медленно, выделяющееся тепло успевает рассеяться в окружающую среду, и температура газа практически не меняется.

• Медленное испарение воды с поверхности водоема.

Ответ: В повседневной жизни встречаются процессы, близкие к изохорным (нагрев в закрытом сосуде), изобарным (кипение воды в открытой кастрюле) и изотермическим (таяние льда, медленное сжатие газа).