Номер 38.13, страница 142 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 38. Внутренняя энергия. Глава 6. Тепловые явления - номер 38.13, страница 142.

38.13 [922] В закрытой трубке находится капля ртути (рис. VI-2). Трубку с одного конца нагрели. Объясните, за счёт какой энергии совершается работа по перемещению ртути в трубке.

Рис. VI-2

Решение

В закрытой трубке капля ртути разделяет находящийся в ней газ на два изолированных объема. Изначально система находится в состоянии равновесия: температура и давление газа в обеих частях трубки одинаковы, поэтому капля ртути неподвижна.

Когда один конец трубки нагревают, газ в этой части получает определенное количество теплоты ($Q$). Согласно первому закону термодинамики, это тепло идет на изменение внутренней энергии газа ($\Delta U$) и на совершение газом работы ($A$) по перемещению капли:

$$Q = \Delta U + A$$

Нагревание газа приводит к увеличению его температуры. Внутренняя энергия газа, которая представляет собой сумму кинетических энергий его молекул, прямо пропорциональна температуре. Таким образом, внутренняя энергия газа в нагреваемой части трубки увеличивается.

Согласно уравнению состояния идеального газа, увеличение температуры приводит к росту давления газа в нагреваемой части. Возникает разность давлений по обе стороны ртутной капли. Эта разность давлений создает силу, которая действует на каплю и заставляет ее двигаться в сторону холодного конца трубки. Движение капли означает, что нагреваемый газ расширяется и совершает механическую работу.

Таким образом, источником энергии для совершения работы по перемещению ртути является внутренняя энергия газа, которая увеличилась за счет подвода тепла извне. Газ, расширяясь, преобразует часть своей внутренней энергии в механическую работу.

Ответ: Работа по перемещению ртути в трубке совершается за счет внутренней энергии газа, находящегося в нагреваемой части трубки.