Задание 2, страница 97 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 2

1. Приведите примеры использования сжатого и разреженного газа в промышленности.

2. Сравните адиабату с изотермой (рис. 111). Укажите основное различие графиков.

Рис. 111. Работа газа при адиабатном процессе меньше, чем при изотермическом

1. Сжатый газ находит широкое применение в промышленности. Например, он является источником энергии для пневматических инструментов (отбойных молотков, гайковертов) и приводов, используется в тормозных системах тяжелого транспорта (грузовиков, поездов). Также сжатие газа необходимо для его хранения и транспортировки в баллонах (кислород для сварки, сжатый природный газ как топливо). В холодильных установках и кондиционерах сжатие хладагента является ключевым этапом цикла охлаждения.

Разреженный газ, или вакуум, также важен для многих промышленных процессов. В пищевой промышленности его используют для вакуумной упаковки продуктов, что продлевает их срок годности. В производстве ламп накаливания откачка воздуха предотвращает окисление вольфрамовой нити. Создание высокого вакуума является обязательным условием в микроэлектронике для напыления тонких пленок. Также вакуум применяется для сушки чувствительных к теплу материалов (лиофилизация) и для улучшения качества металлов путем их вакуумной плавки.

Ответ: Примеры использования сжатого газа: пневматические инструменты, тормозные системы, хранение газов в баллонах, холодильные установки. Примеры использования разреженного газа: вакуумная упаковка продуктов, производство ламп, микроэлектроника, вакуумная сушка материалов.

2. Решение:

Изотермический процесс (график которого называется изотермой) — это процесс, протекающий при постоянной температуре ($T = \text{const}$). Для идеального газа он описывается законом Бойля-Мариотта: $pV = \text{const}$. При расширении газ совершает работу, и для поддержания постоянной температуры ему необходимо подводить тепло из окружающей среды.

Адиабатный процесс (график — адиабата) — это процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой ($Q = 0$). Он описывается уравнением Пуассона: $pV^\gamma = \text{const}$, где $\gamma$ — показатель адиабаты, который всегда больше единицы ($\gamma > 1$). При адиабатном расширении газ совершает работу исключительно за счет своей внутренней энергии, что неизбежно приводит к его охлаждению.

Основное различие графиков на p-V диаграмме, показанных на рис. 111, заключается в их крутизне. Если оба процесса начинаются в одной точке, то адиабата всегда идет круче, чем изотерма. Это значит, что при одинаковом увеличении объема (например, от $V_1$ до $V_2$) давление при адиабатном расширении падает сильнее, чем при изотермическом. Причина в том, что в адиабатном процессе давление уменьшается как из-за увеличения объема, так и из-за понижения температуры, в то время как в изотермическом процессе температура остается постоянной, и падение давления обусловлено только увеличением объема.

Ответ: Основное различие графиков адиабаты и изотермы на p-V диаграмме заключается в том, что адиабата, выходящая из той же точки, что и изотерма, всегда идет круче. Это происходит потому, что при адиабатном расширении газ охлаждается, вызывая более резкое падение давления по сравнению с изотермическим процессом, где температура постоянна.