Номер 1, страница 265 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 80. Работа в термодинамике. Глава 13. Основы термодинамики - номер 1, страница 265.

Условие.

Решение.

Решение 3.

При накачивании велосипедной камеры ручным насосом можно наблюдать, что его корпус, особенно в нижней части, заметно нагревается. Это явление объясняется физическими законами, в частности, первым законом термодинамики.

Объяснение явления

Ключевой процесс, происходящий в насосе — это сжатие воздуха. Когда вы с силой нажимаете на ручку насоса, поршень движется вниз и сжимает находящийся в цилиндре воздух, совершая над ним механическую работу.

Этот процесс сжатия происходит очень быстро. Из-за высокой скорости воздух не успевает обменяться теплом с окружающей средой (стенками насоса и атмосферой). Такой процесс в термодинамике называется адиабатическим.

Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии газа ($ \Delta U $) равно сумме количества теплоты, полученного газом ($ Q $), и работы, совершённой над газом внешними силами ($ A' $). Формула выглядит так: $ \Delta U = Q + A' $

В нашем случае, поскольку процесс адиабатический, теплообмен отсутствует, то есть $ Q \approx 0 $. Тогда первый закон термодинамики принимает вид: $ \Delta U \approx A' $

Это означает, что вся работа ($ A' $), совершённая поршнем над воздухом, идёт на увеличение его внутренней энергии ($ \Delta U $). Для газа внутренняя энергия напрямую связана с его температурой: чем выше внутренняя энергия, тем выше температура. Таким образом, воздух в насосе сильно нагревается.

Далее этот горячий сжатый воздух передает своё тепло стенкам цилиндра насоса, из-за чего корпус насоса и становится горячим на ощупь. Некоторый дополнительный, но обычно менее значительный, вклад в нагрев также вносит трение между поршнем и стенками цилиндра.

Ответ: Насос нагревается из-за того, что при резком сжатии воздуха совершается механическая работа, которая почти полностью переходит во внутреннюю энергию воздуха, что приводит к значительному повышению его температуры. Затем нагретый воздух передает тепло корпусу насоса.