Номер 3, страница 278 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 84. Первый закон термодинамики. Глава 13. Основы термодинамики - номер 3, страница 278.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Данный вопрос касается фундаментальных понятий термодинамики: внутренней энергии, теплоты и работы. Ключевое различие между ними заключается в том, что внутренняя энергия является характеристикой состояния системы, в то время как теплота и работа характеризуют процессы изменения этого состояния.

Внутренняя энергия ($U$) — это свойство, присущее самой системе. Она определяется как сумма кинетических энергий хаотического теплового движения всех частиц системы (атомов, молекул) и потенциальных энергий их взаимодействия. Важнейшим свойством внутренней энергии является то, что это функция состояния. Это означает, что для каждого конкретного состояния системы (определяемого такими параметрами, как температура, давление, объём) внутренняя энергия имеет строго определённое значение. Система обладает определённым запасом внутренней энергии в данном состоянии, точно так же, как она обладает определённой массой или объёмом.

Количество теплоты ($Q$) и работа ($A$), в отличие от внутренней энергии, не являются функциями состояния. Они не характеризуют систему как таковую, а описывают способы передачи энергии между системой и окружающей средой.

• Теплота — это мера энергии, передаваемой от одного тела к другому в процессе теплообмена, обусловленного разностью температур. Тело не может "содержать" теплоту; оно может лишь получить или отдать энергию в форме теплоты.
• Работа — это мера энергии, передаваемой в процессе макроскопического упорядоченного перемещения частей системы под действием сил (например, при расширении или сжатии газа). Система не "обладает запасом" работы; она может совершить работу или работа может быть совершена над ней.

Связь между этими величинами выражается первым законом термодинамики: $ \Delta U = Q - A $ где $ \Delta U $ — это изменение внутренней энергии системы, $ Q $ — количество теплоты, полученное системой, а $ A $ — работа, совершённая системой над внешними телами.

Из этой формулы видно, что теплота и работа — это лишь "порции" энергии, которые система получает или отдаёт, что приводит к изменению её запаса внутренней энергии. Можно провести аналогию с банковским счётом: внутренняя энергия — это баланс на счёте, а теплота и работа — это транзакции (пополнение и списание). Счёт имеет определённый баланс, но он не "имеет запаса пополнений" или "запаса списаний". Пополнения и списания — это процессы, изменяющие баланс.

Таким образом, поскольку внутренняя энергия однозначно определяет состояние системы, мы можем говорить, что система обладает ею. Теплота и работа, напротив, зависят от конкретного пути (процесса), по которому система переходит из одного состояния в другое, и не являются характеристиками самого состояния.

Ответ:

Говорить, что система обладает внутренней энергией, можно потому, что внутренняя энергия является функцией состояния системы. Это означает, что она однозначно определяется текущими макроскопическими параметрами системы (такими как температура, давление) и является её неотъемлемой характеристикой. В свою очередь, теплота и работа не являются функциями состояния, а представляют собой формы передачи энергии. Они характеризуют процесс изменения состояния системы, а не само состояние. Система не может "иметь запас" теплоты или работы, так же как путешественник не "имеет запаса ходьбы", а лишь совершает её, перемещаясь из одного пункта в другой. Теплота и работа — это величины, которые описывают, сколько энергии было передано системе или отнято у неё во время перехода из одного состояния в другое.