Номер 1.19, страница 5 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 1. Внутренняя энергия - номер 1.19, страница 5.

Условие.

1.19. В толстостенный стеклянный сосуд, закрытый пробкой, с помощью велосипедного насоса накачивают воздух (рис. 2, а). Через некоторое время пробка с шумом вылетает из сосуда (рис. 2, б). Почему в момент вылета пробки в сосуде появляется туман? Как изменяется внутренняя энергия воздуха при этих процессах? Вследствие чего?

Рис. 2

Решение.

Решение

Почему в момент вылета пробки в сосуде появляется туман?

При вылете пробки сжатый воздух внутри сосуда резко расширяется. Этот процесс происходит очень быстро, поэтому его можно считать адиабатным, то есть происходящим без теплообмена с окружающей средой ($Q=0$). При расширении газ совершает работу ($\text{A}$) по выталкиванию пробки и сжатию окружающего воздуха. Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии газа $ \Delta U $ равно $ \Delta U = Q - A $. Поскольку $Q \approx 0$ и газ совершает положительную работу ($A > 0$), его внутренняя энергия уменьшается: $ \Delta U = -A < 0 $. Уменьшение внутренней энергии идеального газа напрямую связано с понижением его температуры. Воздух в сосуде содержит водяные пары. Из-за резкого охлаждения температура воздуха опускается ниже точки росы, и водяной пар конденсируется, образуя мельчайшие капельки воды. Эти капельки мы и видим как туман.

Ответ: Туман появляется в результате конденсации водяных паров, содержащихся в воздухе, из-за его резкого охлаждения при адиабатном расширении.

Как изменяется внутренняя энергия воздуха при этих процессах?

Внутренняя энергия воздуха в сосуде уменьшается. Это происходит потому, что расширяющийся воздух совершает работу, а энергия для совершения этой работы берется из его собственной внутренней энергии, так как приток тепла извне отсутствует.

Ответ: Внутренняя энергия воздуха уменьшается.

Вследствие чего?

Изменение (уменьшение) внутренней энергии происходит вследствие совершения газом механической работы по выталкиванию пробки. В условиях адиабатного процесса работа совершается исключительно за счет убыли внутренней энергии газа.

Ответ: Вследствие совершения газом работы при его резком (адиабатном) расширении.