Номер 2, страница 266 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 80. Работа в термодинамике. Глава 13. Основы термодинамики - номер 2, страница 266.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Процесс расширения газа, изучаемый в классической термодинамике, должен происходить очень медленно, чтобы его можно было считать квазистатическим, то есть равновесным. Это ключевое допущение, которое позволяет анализировать процесс с помощью макроскопических параметров состояния.

Рассмотрим две ситуации:

1. Медленное расширение. Когда газ расширяется очень медленно, он проходит через непрерывную последовательность состояний термодинамического равновесия. Это означает, что в каждый момент времени такие параметры, как давление $p$, объем $V$ и температура $T$, успевают выровняться по всему объему газа. Система остается однородной, и ее состояние можно однозначно описать на диаграмме (например, в координатах $p-V$). Только для таких процессов можно точно рассчитать работу газа по формуле $A = \int p dV$, так как давление $p$ является определенной функцией объема $V$.

2. Быстрое расширение. Если процесс происходит быстро (например, поршень движется с большой скоростью), система выходит из равновесия. Давление и температура вблизи движущегося поршня будут отличаться от значений в других частях сосуда. Возникают градиенты давления, турбулентные течения и ударные волны. В таком неравновесном состоянии нельзя охарактеризовать всю систему единым значением давления или температуры. Процесс становится необратимым, так как часть энергии рассеивается из-за внутреннего трения и других диссипативных эффектов.

Таким образом, требование медленности является идеализацией, позволяющей применять законы равновесной термодинамики для описания непрерывного изменения состояния системы.

Ответ: Процесс расширения газа должен происходить очень медленно для того, чтобы он был квазистатическим (равновесным). Это позволяет системе в каждый момент времени находиться в состоянии термодинамического равновесия, когда макроскопические параметры (давление, температура) одинаковы во всем объеме газа. Только в этом случае процесс можно описать с помощью уравнений состояния и точно рассчитать термодинамические величины, такие как работа.