Номер 3, страница 20, часть 1 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 1. Глава 2. Основы термодинамики. Параграф 8. Изменение внутренней энергии термодинамической системы в результате совершения работы - номер 3, страница 20.

Условие.

3. Внутренняя энергия системы тел была равна $U_0 = 300$ Дж. Запишите выражение для изменения внутренней энергии и определите, какую работу $\text{A}$ надо совершить над этой системой, чтобы её внутренняя энергия стала равной $U_k = 100$ Дж. Какую работу при этом совершила система?

Ответ: ________.

Решение.

Дано:

Начальная внутренняя энергия системы: $U_0 = 300$ Дж.

Конечная внутренняя энергия системы: $U_к = 100$ Дж.

Найти:

1. Выражение для изменения внутренней энергии $\Delta U$.

2. Работу $\text{A}$, совершенную над системой.

3. Работу $A_{сис}$, совершенную системой.

Решение:

Выражение для изменения внутренней энергии

Изменение внутренней энергии ($\Delta U$) по определению является разностью между её конечным ($U_к$) и начальным ($U_0$) значениями.

$\Delta U = U_к - U_0$

Это и есть искомое выражение, описывающее изменение внутренней энергии системы.

Ответ: Выражение для изменения внутренней энергии: $\Delta U = U_к - U_0$.

Работа A, которую надо совершить над системой

Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы $\Delta U$ равно сумме работы, совершённой над системой внешними силами ($\text{A}$), и количества теплоты, переданного системе ($\text{Q}$):

$\Delta U = A + Q$

В условии задачи отсутствует информация о теплообмене, поэтому мы принимаем, что процесс адиабатический, то есть теплообмен с окружающей средой отсутствует ($Q=0$). В этом случае изменение внутренней энергии происходит только за счёт совершения работы.

$\Delta U = A$

Сначала вычислим численное значение изменения внутренней энергии:

$\Delta U = U_к - U_0 = 100 \text{ Дж} - 300 \text{ Дж} = -200 \text{ Дж}$

Следовательно, работа, совершённая над системой, равна:

$A = \Delta U = -200 \text{ Дж}$

Отрицательный знак означает, что работа совершается не над системой, а самой системой над внешними телами.

Ответ: Над системой надо совершить работу $A = -200$ Дж.

Работа, которую совершила система

Работа, совершённая системой ($A_{сис}$), и работа, совершённая над системой ($\text{A}$), связаны соотношением — они равны по модулю и противоположны по знаку:

$A_{сис} = -A$

Подставим ранее найденное значение работы $\text{A}$:

$A_{сис} = -(-200 \text{ Дж}) = 200 \text{ Дж}$

Положительное значение работы $A_{сис}$ подтверждает, что система совершила работу, что привело к уменьшению её внутренней энергии.

Ответ: Система совершила работу, равную 200 Дж.