Номер 2, страница 38 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 1. Внутренняя энергия. Параграф 9. Закон сохранения внутренней энергии и уравнение теплового баланса. Вспомните - номер 2, страница 38.

Условие.

• Чему равно изменение внутренней энергии?

Решение.

Чему равно изменение внутренней энергии?

Изменение внутренней энергии ($\Delta U$) термодинамической системы представляет собой разность между её конечной ($U_2$) и начальной ($U_1$) внутренними энергиями: $\Delta U = U_2 - U_1$. Внутренняя энергия системы — это сумма кинетической энергии хаотического (теплового) движения составляющих её частиц (молекул, атомов, ионов) и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

Изменить внутреннюю энергию можно двумя способами: совершением работы и теплопередачей. Этот фундаментальный принцип сохранения энергии в термодинамике известен как первый закон термодинамики. Математически он выражается следующей формулой:

$\Delta U = Q - A$

где:

• $\Delta U$ — изменение внутренней энергии системы (в Джоулях, Дж).

• $\text{Q}$ — количество теплоты, переданное системе. Если система получает тепло извне, то $Q > 0$, и её внутренняя энергия увеличивается. Если система отдает тепло в окружающую среду, то $Q < 0$, и её внутренняя энергия уменьшается.

• $\text{A}$ — работа, совершаемая самой системой над внешними телами. Если система совершает положительную работу (например, газ расширяется и толкает поршень), то $A > 0$, и она делает это за счет своей внутренней энергии, которая при этом уменьшается. Если над системой совершается работа внешними силами (например, газ сжимают), то работа системы отрицательна ($A < 0$), и её внутренняя энергия увеличивается.

Для идеального газа, в котором пренебрегают потенциальной энергией взаимодействия молекул, внутренняя энергия зависит только от температуры. Её изменение можно вычислить по формуле:

$\Delta U = \frac{i}{2} \nu R \Delta T$

где:

• $\text{i}$ — число степеней свободы молекул газа (для одноатомных газов, как He, Ne, Ar, $i=3$; для двухатомных, как $O_2$, $N_2$, $H_2$, $i=5$ при обычных температурах),

• $\nu$ — количество вещества (в молях),

• $\text{R}$ — универсальная газовая постоянная ($R \approx 8.31$ Дж/(моль·К)),

• $\Delta T$ — изменение абсолютной температуры ($T_{конечная} - T_{начальная}$).

В зависимости от условий протекания процесса (изопроцесса) формула первого закона термодинамики может упрощаться:

1. Изохорный процесс (объем постоянен, $V=const$). Газ не совершает работу ($A=0$), поэтому всё переданное ему тепло идет на изменение его внутренней энергии: $\Delta U = Q$.

2. Изотермический процесс (температура постоянна, $T=const$). Для идеального газа внутренняя энергия не изменяется ($\Delta U = 0$), так как она зависит только от температуры. Следовательно, всё подведенное к газу тепло идет на совершение им работы: $Q = A$.

3. Адиабатный процесс (система теплоизолирована, $Q=0$). Изменение внутренней энергии происходит исключительно за счет совершения работы: $\Delta U = -A$. При расширении ($A > 0$) газ совершает работу за счет своей внутренней энергии, что приводит к его охлаждению.

Ответ: Изменение внутренней энергии ($\Delta U$) системы равно разности между количеством теплоты ($\text{Q}$), переданным системе, и работой ($\text{A}$), совершенной системой над внешними телами. Это выражается формулой первого закона термодинамики: $\Delta U = Q - A$. Для идеального газа изменение внутренней энергии прямо пропорционально изменению его температуры и может быть рассчитано по формуле $\Delta U = \frac{i}{2} \nu R \Delta T$.