Номер 5, страница 13 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 1. Внутренняя энергия. Параграф 2. Внутренняя энергия. Вопросы - номер 5, страница 13.

Условие.

5. В чём заключается закон сохранения энергии, распространённый на тепловые явления?

Решение.

5. Закон сохранения энергии, распространённый на тепловые явления, известен как первое начало термодинамики. Это фундаментальный закон, который гласит, что энергия не создаётся из ничего и не исчезает бесследно, а лишь переходит из одной формы в другую. Применительно к тепловым процессам, этот закон устанавливает связь между изменением внутренней энергии системы, количеством переданной ей теплоты и работой, совершённой системой.

Математически первое начало термодинамики выражается следующей формулой: $Q = \Delta U + A$ В этой формуле: $\text{Q}$ – это количество теплоты, которое было передано системе. Если система получает теплоту, то $Q > 0$, а если отдаёт – то $Q < 0$. $\Delta U$ – это изменение внутренней энергии системы. Внутренняя энергия – это сумма кинетической энергии хаотического движения частиц системы и потенциальной энергии их взаимодействия. $\text{A}$ – это работа, совершаемая самой системой над внешними телами. Если система совершает работу (например, расширяющийся газ толкает поршень), то $A > 0$. Если же внешние силы совершают работу над системой (например, сжимают газ), то работа системы $A < 0$.

Таким образом, закон утверждает, что теплота, полученная системой, расходуется на два процесса: на увеличение её внутренней энергии и на совершение этой системой работы. Если система является изолированной (то есть не обменивается ни теплом, ни работой с окружающей средой, $Q=0$ и $A=0$), то её внутренняя энергия остаётся постоянной ($\Delta U = 0$).

Ответ: Закон сохранения энергии, распространённый на тепловые явления (первое начало термодинамики), заключается в том, что количество теплоты ($\text{Q}$), переданное системе, идёт на изменение её внутренней энергии ($\Delta U$) и на совершение системой работы ($\text{A}$) над внешними телами, что выражается формулой $Q = \Delta U + A$.

6. Вопрос на изображении представлен не полностью. Наиболее вероятная полная формулировка вопроса: «Может ли тело обладать механической энергией, но не обладать внутренней энергией?».

Для ответа на этот вопрос необходимо различать два вида энергии: Механическая энергия ($E_{мех}$) – это энергия системы, связанная с её движением как целого (кинетическая энергия $E_{кин} = \frac{1}{2}mv^2$) и с её положением в пространстве в поле каких-либо сил (потенциальная энергия $E_{пот}$). Внутренняя энергия ($\text{U}$) – это энергия, заключённая внутри самого тела. Она представляет собой сумму кинетических энергий хаотического теплового движения всех частиц (атомов, молекул) тела и потенциальных энергий их взаимного притяжения и отталкивания.

Любое макроскопическое тело, которое нас окружает, состоит из частиц, находящихся в непрерывном хаотическом движении. Интенсивность этого движения определяет температуру тела. Пока температура тела выше абсолютного нуля ($-273,15$ °C), его частицы движутся, а значит, тело обладает внутренней энергией.

Тело может обладать механической энергией (например, летящий камень) и при этом оно, безусловно, будет обладать и внутренней энергией, так как состоит из движущихся молекул. Невозможно представить тело, обладающее механической энергией, но лишённое внутренней. Для этого его температура должна была бы равняться абсолютному нулю, что в реальности недостижимо.

В то же время, обратная ситуация вполне возможна. Тело может не иметь механической энергии (например, книга, лежащая на столе, если стол принять за нулевой уровень потенциальной энергии), но оно обязательно будет обладать внутренней энергией, поскольку его температура выше абсолютного нуля.

Ответ: Нет, тело не может обладать механической энергией, не обладая при этом внутренней энергией. Любое тело, состоящее из вещества, при температуре выше абсолютного нуля всегда имеет внутреннюю энергию, связанную с движением и взаимодействием его частиц.