Номер 685, страница 79 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

8 класс. Тепловые явления. 29. Тепловое движение. Внутренняя энергия - номер 685, страница 79.

Решение.

Изменение внутренней энергии тела при сжатии происходит за счет совершения работы над телом. Согласно первому началу термодинамики, изменение внутренней энергии $ΔU$ системы равно сумме количества теплоты $\text{Q}$, переданного системе, и работы $A'$, совершенной над системой внешними силами: $ΔU = Q + A'$. При сжатии тела внешние силы совершают положительную работу ($A' > 0$), что приводит к увеличению внутренней энергии тела ($ΔU > 0$), если теплообмен с окружающей средой незначителен ($Q \approx 0$). Увеличение внутренней энергии обычно проявляется в виде повышения температуры тела.

Ниже приведены примеры этого явления.

Накачивание шины насосом

При работе ручного насоса для накачивания велосипедной или автомобильной шины, поршень быстро сжимает воздух внутри цилиндра. Работа, совершаемая человеком при нажатии на ручку насоса, переходит во внутреннюю энергию сжимаемого воздуха. В результате этого воздух и сам корпус насоса заметно нагреваются. Это прямое следствие увеличения внутренней энергии газа за счет совершения над ним механической работы.

Ответ: При быстром сжатии воздуха в насосе совершается работа, которая преобразуется во внутреннюю энергию воздуха, что приводит к его нагреву.

Работа дизельного двигателя

В цилиндрах дизельного двигателя происходит адиабатическое (очень быстрое, без существенного теплообмена с окружающей средой) сжатие воздуха. Поршень, двигаясь вверх, сжимает воздух в 15-25 раз. Из-за совершенной работы температура воздуха резко повышается до 700–900 °C. Этой температуры достаточно для самовоспламенения дизельного топлива, которое впрыскивается в цилиндр в конце такта сжатия. Таким образом, работа сжатия напрямую используется для увеличения внутренней энергии воздуха до температуры воспламенения топлива.

Ответ: В дизельном двигателе работа, совершаемая при сильном и быстром сжатии воздуха, увеличивает его внутреннюю энергию и температуру до точки самовоспламенения топлива.

Ковка металла

Когда кузнец ударяет молотом по металлической заготовке, он деформирует и сжимает ее. Механическая работа, совершаемая молотом, переходит во внутреннюю энергию металла. Это приводит к сильному нагреву заготовки в месте удара. Даже холодный кусок свинца можно расплавить, нанося по нему частые и сильные удары молотом на наковальне, так как работа ударов преобразуется во внутреннюю энергию, повышая температуру до точки плавления.

Ответ: Механическая работа, совершаемая при ударах молота по металлу, приводит к его сжатию и деформации, увеличивая его внутреннюю энергию и температуру.

Сгибание и разгибание проволоки

Если взять кусок толстой металлической проволоки и несколько раз быстро согнуть и разогнуть его в одном и том же месте, то место сгиба сильно нагреется. При сгибании одни слои металла сжимаются, а другие растягиваются. Работа, затрачиваемая на эту деформацию, преобразуется во внутреннюю энергию материала проволоки из-за внутреннего трения и изменения структуры кристаллической решетки, что и вызывает повышение температуры.

Ответ: При многократном сгибании проволоки совершается работа по ее деформации (сжатию и растяжению), которая переходит во внутреннюю энергию, вызывая нагрев.