Номер 2, страница 280 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 85. Применение первого закона термодинамики к различным процессам. Глава 13. Основы термодинамики - номер 2, страница 280.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Адиабатный процесс — это термодинамический процесс, который происходит без теплообмена системы с окружающей средой ($Q=0$). На практике такие процессы реализуются, если они протекают очень быстро (система не успевает обменяться теплом) или если система хорошо теплоизолирована.

Согласно первому закону термодинамики ($Q = \Delta U + A$), для адиабатного процесса изменение внутренней энергии системы $\Delta U$ равно работе $A$, совершённой системой, взятой с противоположным знаком: $\Delta U = -A$. Это означает, что если система (например, газ) совершает работу при расширении ($A > 0$), её внутренняя энергия и температура уменьшаются. И наоборот, если над системой совершается работа при сжатии ($A < 0$), её внутренняя энергия и температура растут. В повседневной жизни можно найти множество примеров таких процессов.

Использование аэрозольного баллончика. При нажатии на распылитель газ, находящийся в баллоне под большим давлением, резко расширяется. Этот процесс происходит очень быстро и является практически адиабатным. Газ совершает работу, расширяясь в атмосферу, из-за чего его внутренняя энергия и температура значительно понижаются. Именно поэтому баллончик становится холодным на ощупь.

Накачивание шины ручным насосом. При работе ручного насоса мы быстро сжимаем находящийся в нём воздух. Этот процесс адиабатного сжатия приводит к увеличению внутренней энергии воздуха, так как мы совершаем над ним работу. В результате воздух и сам насос заметно нагреваются.

Открывание бутылки с газированным напитком. Когда мы откупориваем бутылку шампанского или лимонада, сжатый углекислый газ над жидкостью резко расширяется. Это адиабатное расширение, при котором газ совершает работу и сильно охлаждается. В результате резкого падения температуры водяной пар в воздухе у горлышка бутылки может сконденсироваться, образуя видимое облачко тумана.

Работа дизельного двигателя. В цилиндрах дизельного двигателя происходит очень быстрое и сильное сжатие воздуха поршнем. Это адиабатное сжатие повышает температуру воздуха до 700–800 °C. Когда в этот раскаленный воздух впрыскивается порция дизельного топлива, оно самовоспламеняется без необходимости в свече зажигания.

Образование облаков. Теплые и влажные воздушные массы, поднимаясь от поверхности Земли, попадают в область более низкого атмосферного давления. В результате они расширяются. Поскольку этот процесс с участием огромных масс воздуха происходит без существенного теплообмена с окружающим пространством, его можно считать адиабатным. При адиабатном расширении воздух охлаждается. Если его температура падает ниже точки росы, водяной пар конденсируется в мельчайшие капли воды, формируя облака.

Распространение звука. Звуковые волны в газе (например, в воздухе) представляют собой чередующиеся области сжатия и разрежения. Эти изменения плотности и давления происходят настолько быстро, что соседние области не успевают обменяться теплом. Поэтому распространение звука является адиабатным процессом.

Ответ: В повседневной жизни адиабатные процессы наблюдаются при использовании аэрозольных баллончиков (охлаждение при расширении газа), накачивании шин насосом (нагрев при сжатии воздуха), открывании бутылок с газированными напитками (охлаждение газа и появление тумана), в работе дизельных двигателей (нагрев воздуха до температуры воспламенения топлива), а также в таких физических явлениях, как образование облаков и распространение звуковых волн.