Номер 8, страница 18, часть 1 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 1. Глава 2. Основы термодинамики. Параграф 7. Внутренняя энергия термодинамической системы - номер 8, страница 18.

Условие.

8. Изменяется ли внутренняя энергия металлического стержня при его сжатии? Объясните ответ.

Решение.

Решение

Да, внутренняя энергия металлического стержня при его сжатии изменяется, а именно — увеличивается. Это можно объяснить с точки зрения термодинамики и молекулярной физики.

Внутренняя энергия тела ($\text{U}$) складывается из кинетической энергии хаотического движения его частиц (в данном случае, атомов в узлах кристаллической решетки) и потенциальной энергии их взаимодействия.

1. С точки зрения первого закона термодинамики. При сжатии стержня внешняя сила совершает над ним положительную работу ($A'$). Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы ($\Delta U$) равно сумме работы, совершённой над системой внешними силами, и количества теплоты ($\text{Q}$), переданного системе:

$\Delta U = A' + Q$

Поскольку внешняя сила совершает работу по сжатию стержня, то $A' > 0$. Эта работа идёт на увеличение внутренней энергии стержня. Если процесс происходит достаточно быстро, то теплообменом с окружающей средой можно пренебречь ($Q \approx 0$), и тогда вся совершённая работа переходит в приращение внутренней энергии ($\Delta U \approx A'$). В результате стержень немного нагревается.

2. С точки зрения молекулярного строения. При сжатии уменьшается расстояние между атомами в кристаллической решетке металла. Это приводит к увеличению потенциальной энергии их взаимодействия, так как атомы сближаются на расстояние меньшее, чем равновесное. Кроме того, совершённая над стержнем работа приводит к увеличению амплитуды колебаний атомов в узлах кристаллической решётки, что означает увеличение их кинетической энергии. Так как внутренняя энергия — это сумма кинетической и потенциальной энергий частиц, её общее значение возрастает.

Ответ:

Да, внутренняя энергия металлического стержня при его сжатии увеличивается, так как над стержнем совершается положительная работа, которая переходит в увеличение кинетической и потенциальной энергии его атомов.