Номер 32, страница 45, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава II. Тепловые явления. Параграф 4. Внутренняя энергия. Количество теплоты. Виды теплопередачи - номер 32, страница 45.

Условие.

32. Почему единицы количества теплоты и работы одинаковы?

Решение.

Единицы количества теплоты и работы одинаковы, потому что теплота и работа являются двумя различными способами передачи энергии. Они представляют собой физически эквивалентные величины, что было установлено в середине XIX века и легло в основу первого закона термодинамики.

Исторически теплоту и работу рассматривали как совершенно разные явления. Количество теплоты ($\text{Q}$) измерялось в калориях, где одна калория определялась как количество теплоты, необходимое для нагрева 1 грамма воды на 1 градус Цельсия. Механическая работа ($\text{A}$), в свою очередь, является мерой энергии, передаваемой при перемещении тела под действием силы, и измерялась в единицах, производных от единиц силы и расстояния (например, в джоулях).

Ключевую роль в понимании связи между теплотой и работой сыграли эксперименты английского физика Джеймса Прескотта Джоуля. Он показал, что механическая работа может переходить в теплоту, и установил количественное соотношение между ними, известное как механический эквивалент теплоты. Например, совершая работу по перемешиванию воды лопастями, которые приводились в движение падающими грузами, Джоуль обнаружил, что температура воды повышается. Это доказало, что теплота — это не особая субстанция («теплород»), а форма энергии.

Эта эквивалентность была формализована в первом законе термодинамики, который является выражением закона сохранения энергии для термодинамических систем. Он гласит, что изменение внутренней энергии системы ($\Delta U$) равно сумме количества теплоты, переданного системе ($\text{Q}$), и работы, совершенной над системой. Чаще его записывают в виде, где $\text{A}$ — работа, совершаемая самой системой:

$ \Delta U = Q - A $

Из этой формулы видно, что количество теплоты ($\text{Q}$) и работа ($\text{A}$) являются слагаемыми, определяющими изменение другой энергетической величины — внутренней энергии ($\Delta U$). В физических уравнениях можно складывать и вычитать только величины, имеющие одинаковую размерность. Следовательно, теплота и работа должны измеряться в одинаковых единицах.

В Международной системе единиц (СИ) единицей энергии, а следовательно, и работы, и количества теплоты, является джоуль (Дж).

Ответ: Единицы количества теплоты и работы одинаковы (джоули в системе СИ), потому что и теплота, и работа являются мерами передачи энергии. Их эквивалентность и взаимопревращаемость установлены экспериментально и закреплены в первом законе термодинамики, который связывает их как равноправные составляющие в общем энергетическом балансе системы.