Номер 1, страница 267 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 80. Работа в термодинамике. Глава 13. Основы термодинамики - номер 1, страница 267.

Условие.

Решение.

Решение 3.

1. Почему газы при сжатии нагреваются?

Нагревание газов при сжатии — это фундаментальное явление, которое можно объяснить с двух взаимодополняющих точек зрения: макроскопической (термодинамика) и микроскопической (молекулярно-кинетическая теория).

С точки зрения термодинамики, этот процесс описывается первым законом термодинамики. Этот закон гласит, что изменение внутренней энергии системы ($ \Delta U $) равно сумме количества теплоты, переданного системе ($ Q $), и работы, совершённой над системой внешними силами ($ A' $):

$ \Delta U = Q + A' $

Когда мы сжимаем газ, например, толкая поршень в цилиндре, мы совершаем над газом механическую работу, поэтому $ A' > 0 $. Если процесс сжатия происходит достаточно быстро (такой процесс называют адиабатным), газ не успевает отдать тепло в окружающую среду, и теплообменом можно пренебречь ($ Q \approx 0 $). В этом случае уравнение упрощается до $ \Delta U = A' $. Поскольку работа $ A' $ положительна, внутренняя энергия газа $ U $ увеличивается. Для идеального газа внутренняя энергия напрямую связана с его абсолютной температурой $ T $ ($ U \propto T $). Таким образом, совершённая над газом работа напрямую переходит в его внутреннюю энергию, вызывая повышение температуры.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории, температура газа является мерой средней кинетической энергии его молекул. Молекулы находятся в постоянном хаотическом движении. Когда мы сжимаем газ, стенки сосуда (например, поршень) движутся навстречу молекулам. При столкновении с движущейся стенкой молекула получает дополнительный импульс и её скорость (а следовательно, и кинетическая энергия) увеличивается. Это можно сравнить с ударом теннисной ракетки по мячу: если ракетка движется навстречу мячу, мяч отскочит с большей скоростью. В результате множества таких столкновений средняя кинетическая энергия всех молекул газа возрастает, что мы и воспринимаем как повышение температуры.

Ответ:

При сжатии газа внешние силы совершают над ним работу. Эта работа приводит к увеличению внутренней энергии газа. Поскольку температура является макроскопическим проявлением внутренней энергии (для идеального газа — мерой средней кинетической энергии хаотического движения его молекул), то при сжатии температура газа возрастает.