Номер 916, страница 99 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

8 класс. Тепловые явления. 37. Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутреннего сгорания. Паровая турбина. КПД теплового двигателя - номер 916, страница 99.

Решение.

Решение

Охлаждение газа при расширении является следствием первого закона термодинамики. Этот закон устанавливает связь между изменением внутренней энергии системы ($ΔU$), количеством теплоты, переданной системе ($\text{Q}$), и работой, совершённой системой ($\text{A}$). Формула первого закона термодинамики выглядит так: $ΔU = Q - A$.

1. Совершение работы. Когда газ расширяется, он увеличивает свой объем, преодолевая внешнее давление (например, двигая поршень или раздвигая окружающий воздух). Это означает, что газ совершает механическую работу над внешними телами. По определению, эта работа ($\text{A}$) является положительной величиной ($A > 0$).

2. Изменение внутренней энергии. Работа, которую совершает газ, требует затрат энергии. Источником этой энергии является внутренняя энергия самого газа, которая представляет собой сумму кинетических энергий хаотического движения его молекул и потенциальных энергий их взаимодействия. Внутренняя энергия идеального газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре. Если процесс расширения происходит достаточно быстро (адиабатно), то газ не успевает обменяться теплотой с окружающей средой, то есть $Q = 0$. В этом случае первый закон термодинамики принимает вид $ΔU = -A$. Поскольку работа $\text{A}$ положительна, изменение внутренней энергии $ΔU$ будет отрицательным ($ΔU < 0$).

3. Понижение температуры. Уменьшение внутренней энергии газа означает уменьшение средней кинетической энергии его молекул. А поскольку температура является макроскопической мерой этой средней кинетической энергии, её понижение и воспринимается как охлаждение газа.

Таким образом, газ, расширяясь, совершает работу за счёт своей собственной внутренней энергии. Расход внутренней энергии на совершение работы приводит к понижению температуры газа.

Ответ: При расширении газ совершает работу против внешних сил, затрачивая на это свою внутреннюю энергию. Уменьшение внутренней энергии газа приводит к понижению его температуры.