Задание 4, страница 106 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 4

1. Укажите направление теплового процесса при контакте двух тел с разными температурами.

2. Докажите, что процесс превращения механической энергии во внутреннюю под действием силы трения является необратимым.

3. Приведите примеры необратимых процессов.

1. Укажите направление теплового процесса при контакте двух тел с разными температурами.

Тепловой процесс, или теплопередача, при контакте двух тел с разными температурами всегда направлен от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Этот процесс происходит самопроизвольно и продолжается до тех пор, пока температуры тел не выровняются и не наступит состояние теплового равновесия. Это фундаментальное положение является следствием второго начала термодинамики, которое гласит, что теплота не может самопроизвольно переходить от более холодного тела к более горячему.

Ответ: Тепловой процесс направлен от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой.

2. Докажите, что процесс превращения механической энергии во внутреннюю под действием силы трения является необратимым.

Рассмотрим тело, которое скользит по шероховатой поверхности и останавливается под действием силы трения. В начале процесса тело обладало механической (кинетической) энергией. Сила трения совершает отрицательную работу, в результате чего механическая энергия тела уменьшается до нуля. Согласно закону сохранения энергии, эта энергия не исчезает, а переходит во внутреннюю энергию тела и поверхности, что проявляется в их нагревании. Количество выделившейся теплоты $Q$ равно модулю изменения механической энергии: $Q = |\Delta E_{мех}|$.
Процесс является необратимым, так как он не может самопроизвольно протекать в обратном направлении. Обратный процесс заключался бы в том, что тело и поверхность самопроизвольно охлаждаются, а их внутренняя энергия преобразуется в кинетическую энергию тела, заставляя его двигаться в обратном направлении. Такое явление никогда не наблюдается в природе, так как оно противоречит второму началу термодинамики. Это связано с тем, что беспорядочное тепловое движение атомов и молекул не может самопроизвольно преобразоваться в упорядоченное движение тела как единого целого. Таким образом, переход механической энергии во внутреннюю под действием трения является необратимым.

Ответ: Процесс превращения механической энергии во внутреннюю под действием силы трения является необратимым, поскольку обратный процесс — самопроизвольное превращение внутренней энергии (теплоты) покоящихся тел в их упорядоченную механическую энергию — запрещен вторым началом термодинамики.

3. Приведите примеры необратимых процессов.

Необратимые процессы — это процессы, которые могут самопроизвольно протекать только в одном направлении. В природе подавляющее большинство процессов являются необратимыми. Вот несколько примеров:
- Диффузия: самопроизвольное смешивание газов или жидкостей. После смешивания они самопроизвольно не разделятся.
- Теплопроводность: передача тепла от горячего тела к холодному до установления теплового равновесия.
- Растворение: растворение твердого тела (например, соли или сахара) в жидкости. Растворенное вещество не соберется самопроизвольно обратно в кристалл.
- Горение: химическая реакция, продукты которой (например, зола и дым) не могут самопроизвольно превратиться обратно в топливо и кислород.
- Пластическая деформация: необратимое изменение формы тела (например, куска пластилина) при ударе или давлении.
- Расширение газа в вакуум: газ, заполнивший весь предоставленный объем, не вернется самопроизвольно в исходную его часть.

Ответ: Примеры необратимых процессов: диффузия, теплопроводность, растворение, горение, пластическая деформация.