Номер 12, страница 120 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 4. Закономерности протекания химических реакций и физико-химических процессов. Параграф 17. Основы химической термодинамики. Понятие об энтальпии - номер 12, страница 120.

Условие.

12. При накачивании велосипедных шин ручным насосом его цилиндр нагревается. Как вы думаете, почему?

Решение.

Решение 2.

12. Решение

Нагревание цилиндра ручного насоса при накачивании шин объясняется двумя основными причинами.

1. Совершение работы над газом. Это главная причина. Когда человек нажимает на ручку насоса, он совершает механическую работу, сжимая воздух внутри цилиндра. Этот процесс происходит достаточно быстро, поэтому воздух не успевает обменяться значительным количеством теплоты с окружающей средой. Такой процесс, протекающий без теплообмена, в физике называют адиабатным. Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы ($ \Delta U $) равно сумме работы, совершённой над системой внешними силами ($ A' $), и количества теплоты ($ Q $), переданного системе:

$ \Delta U = A' + Q $

Так как процесс можно считать адиабатным, количество переданной теплоты $ Q \approx 0 $. В этом случае вся работа, совершённая над газом, идёт на увеличение его внутренней энергии: $ \Delta U \approx A' $.

Внутренняя энергия газа напрямую связана с его температурой. Увеличение внутренней энергии приводит к росту температуры воздуха. Затем этот горячий, сжатый воздух передаёт тепло стенкам цилиндра насоса, в результате чего насос нагревается.

2. Трение. Вторая, менее значительная причина — это трение. При движении поршня внутри цилиндра возникает сила трения между уплотнительным кольцом поршня и стенками цилиндра. Работа, совершаемая для преодоления этой силы трения, преобразуется в теплоту, что также способствует нагреву насоса.

Ответ: Цилиндр насоса нагревается в основном из-за того, что при быстром сжатии воздуха над ним совершается работа, которая переходит во внутреннюю энергию воздуха, повышая его температуру. Затем горячий воздух нагревает стенки цилиндра. Дополнительный нагрев происходит из-за трения поршня о стенки цилиндра.