Проводим опыты, страница 18 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 1. Внутренняя энергия. Параграф 3. Способы изменения внутренней энергии. Вопросы - страница 18.

Условие.

Прижмите монету или кусочек фольги к картону или какой-либо дощечке. Сделав сначала 10, затем 20 и т. д. движений то в одну, то в другую сторону, заметьте, что происходит с температурой тел в процессе трения. Как зависит изменение внутренней энергии тела от совершённой работы?

Решение.

Решение

Что происходит с температурой тел в процессе трения?

При движении монеты (или фольги) по поверхности картона возникает сила трения скольжения. Чтобы перемещать монету, необходимо прикладывать силу и совершать механическую работу против этой силы трения. Согласно закону сохранения энергии, совершенная работа не исчезает, а преобразуется в другие виды энергии. В данном случае, механическая работа переходит во внутреннюю энергию соприкасающихся тел — монеты и картона.

Внутренняя энергия тела — это сумма кинетической энергии хаотического движения его частиц (атомов и молекул) и потенциальной энергии их взаимодействия. Увеличение внутренней энергии приводит к увеличению средней кинетической энергии этих частиц, что на макроскопическом уровне проявляется как повышение температуры тела.

Проводя опыт, мы заметим, что после 10 движений монета и участок картона, по которому она двигалась, станут ощутимо теплее. После 20 движений они нагреются еще сильнее, так как будет совершена вдвое бо́льшая работа. Таким образом, в процессе трения температура тел повышается.

Ответ: В процессе трения температура тел увеличивается.

Как зависит изменение внутренней энергии тела от совершённой работы?

Изменение внутренней энергии тел ($\Delta U$) в процессе трения напрямую зависит от совершенной работы ($\text{A}$). Если пренебречь теплообменом с окружающей средой, то вся работа, совершенная для преодоления силы трения, идет на увеличение внутренней энергии системы (монета + картон). Это соответствует первому началу термодинамики, которое в данном случае можно записать как:

$\Delta U = A$

где $\text{A}$ — это работа, совершенная над телами. Работа против силы трения определяется формулой $A = F_{тр} \cdot s$, где $F_{тр}$ — сила трения, а $\text{s}$ — пройденный путь.

Увеличивая количество движений (с 10 до 20 и так далее), мы пропорционально увеличиваем общий путь $\text{s}$, который проходит монета. Следовательно, совершаемая работа $\text{A}$ также увеличивается. Поскольку $\Delta U$ прямо пропорционально $\text{A}$, то и изменение внутренней энергии будет увеличиваться пропорционально совершенной работе.

Ответ: Изменение внутренней энергии тела прямо пропорционально совершённой работе против сил трения. Во сколько раз увеличивается совершённая работа, во столько же раз увеличивается внутренняя энергия системы.