Номер 9, страница 21, 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 9, страница 21.

Условие.

9. При открывании бутылки пробка массой 15 г, вылетев наружу, поднялась на высоту 5 м. Оцените изменение внутренней энергии бутылки, произошедшее при выталкивании пробки.

Ответ: ________.

Решение.

Дано:

Масса пробки $m = 15 \text{ г}$

Высота подъема пробки $h = 5 \text{ м}$

Ускорение свободного падения $g \approx 10 \frac{\text{м}}{\text{с}^2}$

Перевод в систему СИ:

$m = 15 \text{ г} = 0.015 \text{ кг}$

Найти:

Изменение внутренней энергии бутылки $\Delta U$.

Решение:

При выталкивании пробки газ, находящийся в бутылке, совершает работу. Этот процесс происходит очень быстро, поэтому его можно считать адиабатическим, то есть без теплообмена с окружающей средой ($Q=0$).

Согласно первому началу термодинамики, изменение внутренней энергии системы ($\Delta U$) равно разности количества теплоты, переданного системе ($\text{Q}$), и работы, совершенной системой ($\text{A}$):

$\Delta U = Q - A$

Поскольку процесс адиабатический, $Q=0$, следовательно:

$\Delta U = -A$

Это означает, что работа совершается за счет уменьшения внутренней энергии газа.

Работа, совершенная газом, расходуется на сообщение пробке кинетической энергии. По закону сохранения механической энергии, при подъеме пробки на максимальную высоту $\text{h}$ ее начальная кинетическая энергия полностью переходит в потенциальную энергию $E_p$ (сопротивлением воздуха пренебрегаем). Таким образом, работа газа равна потенциальной энергии пробки на максимальной высоте:

$A = E_p = mgh$

Тогда изменение внутренней энергии газа равно:

$\Delta U = -mgh$

Подставим числовые значения и рассчитаем:

$\Delta U = - (0.015 \text{ кг} \cdot 10 \frac{\text{м}}{\text{с}^2} \cdot 5 \text{ м}) = -0.75 \text{ Дж}$

Знак "минус" указывает на то, что внутренняя энергия газа в бутылке уменьшилась.

Ответ: изменение внутренней энергии бутылки составило $-0.75 \text{ Дж}$.