Номер 372, страница 53, часть 1 - гдз по физике 10-11 класс сборник задач Парфентьева

Часть 1. 10 класс. Молекулярная физика. Тепловые явления. Температура. Энергия теплового движения молекул - номер 372, страница 53.

Условие.

372. [306] Температура в водоёме изменяется с глубиной от 20 до $16^\circ C$ и остаётся такой в течение длительного времени. Можно ли сказать, что такое состояние является равновесным?

Решение.

Решение

Для того чтобы система находилась в состоянии термодинамического равновесия, необходимо, чтобы все её макроскопические параметры (такие как температура, давление, концентрация) были одинаковыми во всех её частях и не изменялись со временем. Одним из ключевых условий является тепловое равновесие.

Тепловое равновесие предполагает, что температура во всех точках системы одинакова. В условии задачи указано, что температура в водоёме изменяется с глубиной от $20 \text{ °C}$ до $16 \text{ °C}$. Поскольку температура в системе не является однородной, условие теплового равновесия не выполняется.

Наличие перепада (градиента) температур означает, что в системе происходит процесс теплопередачи от более нагретых верхних слоёв воды к более холодным нижним. Постоянный поток тепла является признаком неравновесного состояния.

Тот факт, что такое состояние сохраняется в течение длительного времени, говорит о его механической устойчивости. В рассматриваемом температурном диапазоне ($16 \text{ °C}$ – $20 \text{ °C}$) плотность воды уменьшается с ростом температуры. Следовательно, более тёплая и менее плотная вода находится наверху, а более холодная и плотная — внизу. Такое распределение слоёв устойчиво и препятствует возникновению конвекции (перемешивания), которая бы быстро выровняла температуру. Теплообмен происходит в основном за счёт медленного процесса теплопроводности.

Состояние, в котором параметры системы не изменяются со временем, но неоднородны в пространстве, называется стационарным неравновесным состоянием, а не состоянием равновесия.

Ответ: Нет, такое состояние не является равновесным, так как в нём нарушено условие теплового равновесия — температура в разных частях системы различна. Это стационарное неравновесное состояние.