Номер 2, страница 230 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 68. Газовые законы. Глава 10. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы - номер 2, страница 230.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Изотермический процесс

Изотермический процесс — это термодинамический процесс, протекающий в системе при постоянной температуре ($T = \text{const}$). Для идеального газа при неизменной массе этот процесс описывается законом Бойля — Мариотта, согласно которому произведение давления газа на его объем есть величина постоянная: $pV = \text{const}$.

Для практической реализации изотермического процесса необходимо соблюдение следующих условий:

1. Газ должен находиться в сосуде с высокой теплопроводностью (например, в металлическом цилиндре с тонкими стенками), который помещен в термостат — большой резервуар, температура которого поддерживается постоянной (например, ванна с тающим льдом или кипящей водой). Это обеспечивает эффективный теплообмен между газом и окружающей средой.
2. Процесс изменения объема (сжатие или расширение) должен происходить очень медленно. Это нужно для того, чтобы система успевала обмениваться теплотой с термостатом, и ее температура оставалась неизменной. При медленном сжатии поршнем работа, совершаемая над газом, приводит к выделению теплоты, которая должна успеть отвестись в термостат. При медленном расширении газ совершает работу, его внутренняя энергия и температура стремятся уменьшиться, и для поддержания постоянства температуры газ должен успеть получить теплоту из термостата.

Ответ: Изотермический процесс можно осуществить, обеспечив хороший тепловой контакт газа с термостатом (средой с постоянной температурой) и очень медленно изменяя объем газа.

Изобарный процесс

Изобарный (или изобарический) процесс — это процесс, протекающий при постоянном давлении ($p = \text{const}$). Для идеального газа неизменной массы этот процесс описывается законом Гей-Люссака: отношение объема к абсолютной температуре остается постоянным ($V/T = \text{const}$).

Для осуществления изобарного процесса газ помещают в сосуд, объем которого может свободно изменяться, поддерживая постоянное давление. Типичный пример — газ в цилиндре, закрытом подвижным поршнем, который может перемещаться без трения. Постоянство давления обеспечивается за счет того, что на поршень действует постоянная внешняя сила. Например, если цилиндр расположен вертикально, то давление газа будет уравновешено суммой атмосферного давления и давления, создаваемого весом самого поршня.

При подводе теплоты к газу его температура и объем увеличиваются, поршень поднимается. При отводе теплоты газ охлаждается и сжимается, поршень опускается. В обоих случаях давление газа остается равным постоянному внешнему давлению.

Ответ: Изобарный процесс можно осуществить путем нагревания или охлаждения газа, находящегося в сосуде с подвижным поршнем, на который действует постоянное внешнее давление.

Изохорный процесс

Изохорный процесс — это процесс, который происходит при постоянном объеме ($V = \text{const}$). Для идеального газа неизменной массы он описывается законом Шарля, согласно которому отношение давления к абсолютной температуре остается постоянным ($p/T = \text{const}$).

Осуществить изохорный процесс на практике наиболее просто. Для этого необходимо поместить газ в герметично закрытый сосуд с жесткими, не изменяющими свою форму стенками. Примерами таких сосудов могут служить стальной баллон, запаянная стеклянная ампула или любая другая прочная емкость фиксированного объема.

Изменение состояния газа (его температуры и давления) в таком сосуде происходит при подводе или отводе теплоты. При нагревании сосуда средняя кинетическая энергия молекул газа возрастает, они чаще и с большей силой ударяются о стенки, что приводит к увеличению давления. При охлаждении сосуда происходят обратные изменения — температура и давление газа падают.

Ответ: Изохорный процесс можно осуществить, нагревая или охлаждая газ, который находится в герметично закрытом сосуде постоянного объема.