Номер 38.27, страница 143 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

Глава 6. Тепловые явления. Параграф 38. Внутренняя энергия - номер 38.27, страница 143.

Условие.

38.27 [935] Стеклянную банку с нагретым воздухом поставили на резиновую пленку (от детского надувного шара), укреплённую на обруче тагана-треножника (рис. VI-5). За счёт убыли какой энергии приобрела потенциальную энергию резиновая плёнка? Что является причиной деформации плёнки?

Рис. VI-5

Решение.

Решение 3.

Решение 4.

Решение 5.

Решение 6.

Решение 7.

За счёт убыли какой энергии приобрела потенциальную энергию резиновая плёнка?

В исходном состоянии воздух в банке нагрет, а значит, обладает значительной внутренней энергией. Внутренняя энергия газа — это, в основном, суммарная кинетическая энергия хаотического движения его молекул. Когда банку помещают на плёнку, система (воздух в банке) начинает остывать, отдавая тепло в окружающую среду. При этом внутренняя энергия воздуха уменьшается. Уменьшение температуры воздуха в замкнутом объёме приводит к падению его давления. Внешнее атмосферное давление, которое оказывается больше давления внутри банки, совершает работу, прогибая плёнку внутрь. Эта работа по упругой деформации плёнки переходит в её потенциальную энергию. Таким образом, увеличение потенциальной энергии плёнки происходит за счёт уменьшения внутренней энергии воздуха.

Ответ: Потенциальная энергия резиновой плёнки была приобретена за счёт убыли внутренней энергии воздуха в банке.

Что является причиной деформации плёнки?

Причиной деформации плёнки является возникновение разности давлений между воздухом снаружи и внутри банки. По мере остывания воздуха в банке его давление $P_{внутр}$ падает и становится меньше атмосферного давления $P_{атм}$. На плёнку начинает действовать результирующая сила, направленная из области высокого давления (снаружи) в область низкого давления (внутрь). Эта сила, равная произведению разности давлений на площадь плёнки $F = (P_{атм} - P_{внутр}) \cdot S$, и вызывает её деформацию — прогиб внутрь банки.

Ответ: Причиной деформации плёнки является разность между атмосферным давлением снаружи банки и пониженным давлением остывшего воздуха внутри неё.