Номер 3, страница 119 - 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 3, страница 119.

Условие.

3. Сформулируйте первое начало термодинамики. Какое значение имеет этот закон в природе, технике и повседневной жизни?

Решение.

Решение 2.

Сформулируйте первое начало термодинамики

Первое начало (закон) термодинамики является формулировкой закона сохранения энергии для термодинамических систем. Оно устанавливает, что энергия не возникает из ниоткуда и не исчезает в никуда, а лишь переходит из одной формы в другую. Существует несколько эквивалентных формулировок. Одна из наиболее распространенных гласит: количество теплоты $\text{Q}$, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии $\Delta U$ и на совершение системой работы $A'$ над внешними телами.

Математически этот закон выражается формулой $Q = \Delta U + A'$, где $\text{Q}$ – это количество теплоты, полученное системой от окружающей среды (если система получает тепло, $Q > 0$; если отдает, $Q < 0$), $\Delta U$ – это изменение внутренней энергии системы (если внутренняя энергия увеличивается, $\Delta U > 0$; если уменьшается, $\Delta U < 0$), а $A'$ – это работа, совершаемая самой системой над внешними телами (если система совершает работу, например, расширяется, $A' > 0$; если над системой совершается работа, например, газ сжимается, $A' < 0$).

Альтернативная форма записи, использующая работу $\text{A}$ внешних сил над системой ($A = -A'$), выглядит так: $\Delta U = Q + A$.

Одним из важнейших следствий первого начала термодинамики является невозможность создания вечного двигателя первого рода – устройства, способного совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов.

Ответ: Первое начало термодинамики гласит, что теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами ($Q = \Delta U + A'$). Это закон сохранения энергии, примененный к тепловым процессам, который утверждает невозможность создания вечного двигателя первого рода.

Какое значение имеет этот закон в природе, технике и повседневной жизни?

Первое начало термодинамики – один из фундаментальных законов природы, имеющий огромное значение во всех сферах.

В природе: Закон лежит в основе всех процессов преобразования энергии. Солнечная энергия, достигающая Земли, преобразуется в тепло, вызывает движение воздушных масс (ветер) и испарение воды, что приводит к круговороту воды. В живых организмах энергия, получаемая с пищей, преобразуется в тепло для поддержания температуры тела и в механическую работу при движении. Фотосинтез – это процесс преобразования световой энергии в химическую, полностью подчиняющийся этому закону.

В технике: Этот закон является теоретической основой теплотехники. На нем базируется работа всех тепловых двигателей: двигателей внутреннего сгорания в автомобилях, паровых турбин на электростанциях, реактивных двигателей самолетов. Все они преобразуют внутреннюю энергию топлива (теплоту) в механическую работу. Также на этом законе основан принцип действия холодильных установок и кондиционеров, которые используют работу для переноса тепла от более холодного тела к более теплому.

В повседневной жизни: Мы сталкиваемся с проявлениями первого начала термодинамики постоянно. Приготовление пищи – это передача теплоты продуктам для увеличения их внутренней энергии. Отопление помещений, работа бытовых приборов (от чайника до холодильника), и даже метаболизм человеческого тела – все эти процессы описываются законом сохранения энергии. Понимание этого закона помогает рассчитывать калорийность пищи для поддержания энергетического баланса организма и эффективно использовать энергию в быту.

Ответ: Первое начало термодинамики имеет фундаментальное значение, так как оно описывает сохранение и превращение энергии во всех процессах. В природе оно управляет климатическими и биологическими явлениями. В технике является основой для создания тепловых двигателей и холодильных машин. В повседневной жизни оно проявляется в приготовлении пищи, отоплении жилища и метаболизме живых организмов, позволяя количественно описывать энергетические затраты и превращения.