Номер 5, страница 24 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 2. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Параграф 6. Внутренняя энергия. Работа и изменение внутренней энергии. Вопросы - номер 5, страница 24.

Условие.

5. В каком случае изменение внутренней энергии отрицательно?

Решение.

Решение

Изменение внутренней энергии термодинамической системы ($ΔU$) определяется первым законом термодинамики:

$ΔU = Q - A$

где $\text{Q}$ – это количество теплоты, переданное системе, а $\text{A}$ – это работа, совершенная самой системой над внешними телами. Изменение внутренней энергии будет отрицательным ($ΔU < 0$), если внутренняя энергия системы уменьшается. Для этого необходимо, чтобы правая часть уравнения была меньше нуля:

$Q - A < 0$, что эквивалентно $Q < A$.

Для идеального газа уменьшение внутренней энергии всегда сопровождается понижением его температуры. Рассмотрим основные случаи, когда это условие выполняется.

1. Система отдает теплоту в окружающую среду ($Q < 0$), при этом работа не совершается ($A = 0$). Например, при изохорном охлаждении (в постоянном объеме). В этом случае $ΔU = Q$, и так как $Q < 0$, то и $ΔU < 0$.

2. Система совершает положительную работу ($A > 0$), не получая теплоты извне ($Q = 0$). Это происходит при адиабатном расширении. В этом случае $ΔU = -A$. Так как $A > 0$, то $ΔU < 0$. Система совершает работу за счет запаса своей внутренней энергии, что приводит к ее охлаждению.

3. Система отдает теплоту ($Q < 0$) и одновременно совершает положительную работу ($A > 0$). В этом случае оба слагаемых в выражении $ΔU = Q - A$ способствуют уменьшению внутренней энергии (так как $\text{Q}$ отрицательно, а $\text{A}$ вычитается), поэтому $ΔU$ однозначно будет отрицательным.

4. В общем случае, отток энергии из системы (в виде отданной теплоты и совершенной работы) должен превышать приток энергии (в виде полученной теплоты и работы, совершенной над системой). Например, если система получает некоторое количество теплоты ($Q > 0$), но при этом совершает работу, которая по величине больше, чем полученная теплота ($A > Q$), то изменение внутренней энергии также будет отрицательным.

Ответ: Изменение внутренней энергии отрицательно, когда система теряет энергию. Это происходит, когда отданное системой количество теплоты превышает работу, совершенную над ней, или когда работа, совершенная системой, превышает полученное ей количество теплоты. Основные примеры таких процессов — это охлаждение тела (например, изохорное) или его адиабатное расширение.