Ответьте на вопросы, страница 95 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Почему графики изопроцессов не начинаются с нуля?

Решение

Графики изопроцессов, описывающих состояние идеального газа, не начинаются с нуля, потому что нулевые значения для основных термодинамических параметров — давления ($P$), объема ($V$) и абсолютной температуры ($T$) — являются физически недостижимыми или бессмысленными для газа, участвующего в процессе.

Рассмотрим каждый параметр отдельно:

1. Температура ($T$). В термодинамике используется абсолютная шкала температур (шкала Кельвина). Нулевая точка на этой шкале ($T = 0$ К или $-273,15$ °C) называется абсолютным нулем. Согласно третьему закону термодинамики, достижение абсолютного нуля температуры невозможно. При $T = 0$ К прекратилось бы тепловое движение молекул, и вещество обладало бы нулевой энергией, что является лишь теоретическим пределом. Любой реальный газ существует при температуре $T > 0$ К. Поэтому ни одна точка на графике реального процесса не может лежать на оси, где $T = 0$.

2. Объем ($V$). Объем, равный нулю ($V = 0$), означал бы, что газ сжат до точки, что физически невозможно. Молекулы газа имеют собственный, хоть и очень малый, размер, и между ними действуют силы отталкивания на малых расстояниях. Следовательно, газ нельзя сжать до нулевого объема. Кроме того, при $V \to 0$ плотность газа ($\rho = m/V$) стремилась бы к бесконечности, что также не имеет физического смысла. Таким образом, для любого количества газа его объем всегда будет $V > 0$.

3. Давление ($P$). Давление газа создается ударами его молекул о стенки сосуда. Давление, равное нулю ($P = 0$), означало бы полное отсутствие таких ударов. Это возможно только в двух случаях: либо в сосуде нет газа (но тогда и нет процесса для описания), либо температура газа равна абсолютному нулю ($T = 0$ К), и молекулы неподвижны. Поскольку абсолютный нуль недостижим, давление в сосуде с газом всегда будет больше нуля ($P > 0$).

Таким образом, графики изопроцессов строятся в координатных осях (P, V), (V, T) или (P, T). Поскольку в любой реальной точке процесса все три параметра ($P$, $V$, $T$) строго больше нуля, график процесса не может начинаться из начала координат (0, 0) или касаться осей координат. Точки на осях или в начале координат соответствуют нулевому значению одного или нескольких параметров, что представляет собой физически недостижимое состояние для газа.

Например, для изотермического процесса ($T = const$) уравнение состояния идеального газа $PV = \nu RT$ принимает вид $PV = const$. Это уравнение гиперболы, которая асимптотически приближается к осям координат, но никогда их не пересекает. Для изобарного ($P = const$) и изохорного ($V = const$) процессов графики в координатах (V, T) и (P, T) соответственно представляют собой прямые линии. Если их экстраполировать в область низких температур, они сойдутся в точке $T=0$ К, но реальные процессы в этой точке не существуют и не могут через нее проходить.

Ответ: Графики изопроцессов не начинаются с нуля, так как нулевые значения термодинамических параметров (абсолютной температуры, объема, давления) являются физически недостижимыми для системы, в которой протекает процесс. Абсолютный нуль температуры ($T = 0$ К) недостижим, а нулевые объем ($V = 0$) и давление ($P = 0$) для газа не имеют физического смысла или требуют недостижимых условий.