Номер 4, 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 4, страница 20.

Условие.

4. Внутренняя энергия системы тел была равна $U_0 = 500$ Дж. Система совершила работу 200 Дж, а затем над ней совершили работу 1 кДж. Запишите выражение для изменения внутренней энергии и определите конечную внутреннюю энергию $U_k$ системы.

Ответ: ________.

Решение.

Дано:

Начальная внутренняя энергия системы: $U_0 = 500$ Дж
Работа, совершенная системой: $A_{сист} = 200$ Дж
Работа, совершенная над системой: $A_{внешн} = 1$ кДж

$A_{внешн} = 1 \text{ кДж} = 1 \cdot 10^3 \text{ Дж} = 1000 \text{ Дж}$

Найти:

Выражение для $\Delta U$ — ?
$U_к$ — ?

Решение:

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

$\Delta U = Q + A'$

В условии задачи не упоминается теплообмен, поэтому можно считать, что $Q = 0$. В этом случае изменение внутренней энергии равно полной работе, совершенной над системой:

$\Delta U = A'$

Полная работа, совершенная над системой, складывается из двух процессов.
1. Система совершила работу $A_{сист} = 200$ Дж. Это означает, что работа внешних сил на этом этапе отрицательна и равна $A'_1 = -A_{сист} = -200$ Дж.
2. Над системой совершили работу $A_{внешн} = 1000$ Дж. Эта работа положительна: $A'_2 = A_{внешн} = 1000$ Дж.

Суммарная работа, совершенная над системой, равна алгебраической сумме этих работ:

$A' = A'_1 + A'_2 = -A_{сист} + A_{внешн}$

Таким образом, выражение для изменения внутренней энергии имеет вид:

$\Delta U = A_{внешн} - A_{сист}$

Теперь подставим числовые значения, чтобы найти величину изменения внутренней энергии:

$\Delta U = 1000 \text{ Дж} - 200 \text{ Дж} = 800$ Дж

Изменение внутренней энергии также определяется как разность между конечной ($U_к$) и начальной ($U_0$) энергией системы:

$\Delta U = U_к - U_0$

Отсюда мы можем выразить и рассчитать конечную внутреннюю энергию системы:

$U_к = U_0 + \Delta U$

$U_к = 500 \text{ Дж} + 800 \text{ Дж} = 1300$ Дж

Ответ: выражение для изменения внутренней энергии: $\Delta U = A_{внешн} - A_{сист}$; конечная внутренняя энергия системы $U_к = 1300$ Дж.