Номер 4, страница 278 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 84. Первый закон термодинамики. Глава 13. Основы термодинамики - номер 4, страница 278.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Нет, не всегда. Постоянство температуры не является достаточным условием для того, чтобы считать систему изолированной.

Изолированная система — это термодинамическая система, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией (ни в форме теплоты, ни в форме работы). Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии $\Delta U$ системы равно сумме полученного количества теплоты $Q$ и работы $A'$, совершённой над системой внешними силами: $\Delta U = Q + A'$. Для изолированной системы $Q=0$ и $A'=0$, следовательно, её внутренняя энергия постоянна: $\Delta U = 0$.

Хотя для идеального газа, внутренняя энергия которого зависит только от температуры, из условия изоляции ($\Delta U = 0$) следует постоянство температуры ($\Delta T = 0$), обратное утверждение неверно. Система может поддерживать постоянную температуру и при этом обмениваться энергией с окружающей средой. Рассмотрим несколько примеров.

1. Изотермический процесс. Возьмём идеальный газ под поршнем. Если газ будет медленно расширяться при постоянной температуре ($T = \text{const}$), он будет совершать работу над внешними телами ($A > 0$). Чтобы температура газа не падала, к нему необходимо подводить теплоту извне ($Q > 0$). Согласно первому началу термодинамики ($Q = \Delta U + A$), так как для идеального газа при изотермическом процессе изменение внутренней энергии равно нулю ($\Delta U = 0$), то вся подводимая теплота идет на совершение работы: $Q = A$. Система обменивается энергией с окружением (получает теплоту и совершает работу), следовательно, она не является изолированной, хотя её температура постоянна.

2. Фазовый переход. Процесс плавления льда или кипения воды происходит при постоянной температуре (например, 0°С для плавления льда при нормальном давлении). Однако для этого к системе необходимо постоянно подводить теплоту. При плавлении льда вся подводимая энергия ($Q > 0$) идёт на разрушение кристаллической решётки, увеличивая внутреннюю энергию системы, но не её температуру до тех пор, пока весь лед не растает. Такая система очевидно не изолирована, так как происходит активный теплообмен с окружающей средой.

Таким образом, постоянство температуры не гарантирует, что система является изолированной.

Ответ: Нет, считать систему изолированной только на основании того, что её температура остаётся постоянной, нельзя. Система может обмениваться энергией с окружающей средой (например, получать тепло и совершать работу или претерпевать фазовый переход), сохраняя при этом постоянную температуру.