Номер 3, страница 70 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 18. Тепловые двигатели. Вспомните - номер 3, страница 70.

Условие.

При каких условиях внутренняя энергия переходит в механическую?

Решение.

Внутренняя энергия – это сумма кинетической энергии хаотического движения молекул вещества и потенциальной энергии их взаимодействия. Механическая энергия – это энергия, связанная с направленным движением тела как целого (кинетическая) или с его положением в поле сил (потенциальная).

Переход внутренней энергии в механическую происходит, когда термодинамическая система (например, газ или пар, называемое рабочим телом) совершает механическую работу над внешними телами. Это возможно при выполнении следующих условий:

1. Рабочее тело должно расширяться. Когда газ или пар расширяется, его молекулы, двигаясь хаотично, сталкиваются с преградой (например, с поршнем в цилиндре) и толкают ее. Это давление заставляет преграду двигаться, то есть совершается работа. Работа газа при расширении и есть преобразование части его внутренней энергии в механическую энергию движения поршня.

2. Сила давления рабочего тела должна быть больше внешних сил. Чтобы расширение происходило и работа совершалась, давление газа внутри системы должно превышать давление снаружи.

Этот процесс лежит в основе работы всех тепловых двигателей (двигателей внутреннего сгорания, паровых машин, турбин). В них топливо сгорает, выделяя тепло, которое увеличивает внутреннюю энергию рабочего тела (газов). Газы, обладая высокой температурой и давлением, расширяются и толкают поршень или лопатки турбины, совершая полезную механическую работу.

Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы ($\Delta U$) равно разности между количеством теплоты, переданным системе ($\text{Q}$), и работой, совершённой системой над внешними телами ($\text{A}$):

$\Delta U = Q - A$

Из этой формулы видно, что работа $\text{A}$ может совершаться как за счет подводимой теплоты $\text{Q}$, так и за счет уменьшения внутренней энергии $\Delta U$ самой системы. Например, при адиабатном расширении (когда $Q=0$), работа совершается исключительно за счет уменьшения внутренней энергии ($A = -\Delta U$), что приводит к охлаждению рабочего тела.

Ответ: Внутренняя энергия переходит в механическую, когда рабочее тело (газ или пар) расширяется и совершает работу над внешними телами (например, двигает поршень). Для этого необходимо, чтобы сила давления рабочего тела была достаточной для преодоления внешних сил.