Номер 3, страница 29 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 2. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Параграф 7. Количество теплоты. Виды теплопередачи. Вопросы - номер 3, страница 29.

Условие.

3. Какие способы изменения внутренней энергии термодинамической системы вы знаете?

Решение.

Решение

Внутренняя энергия термодинамической системы — это сумма кинетической энергии хаотического движения всех её частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия. Изменить эту энергию можно двумя способами: путем совершения работы и путем теплообмена. Это следует из первого закона термодинамики.

Первый закон термодинамики гласит, что изменение внутренней энергии системы ($ \Delta U $) равно сумме количества теплоты ($ Q $), переданного системе, и работы ($ A' $), совершённой над системой внешними силами:

$ \Delta U = Q + A' $

Если рассматривать работу $ A $, совершаемую самой системой ($ A = -A' $), то закон записывается так:

$ \Delta U = Q - A $

Из этих уравнений видно, что существует два фундаментальных способа изменения внутренней энергии:

1. Совершение механической работы
Это способ изменения внутренней энергии, связанный с изменением объема системы или действием сил трения, то есть с перемещением тел под действием сил.
Совершение работы над системой. Если внешние силы совершают над системой положительную работу (например, при сжатии газа поршнем), её внутренняя энергия увеличивается ($ A' > 0 $). Кинетическая энергия молекул возрастает, что приводит к повышению температуры. Примером может служить накачивание велосипедной шины — насос и воздух в нем нагреваются.
Совершение работы самой системой. Если система совершает положительную работу над внешними телами (например, газ в цилиндре расширяется и толкает поршень), её внутренняя энергия уменьшается ($ A > 0 $), при условии, что теплообмен отсутствует ($ Q = 0 $). Энергия системы расходуется на совершение работы. Пример: при расширении сжатого воздуха, выходящего из баллончика, он заметно охлаждается.

2. Теплообмен (теплопередача)
Это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы, происходящий при наличии разности температур между системой и окружающей средой. Энергия всегда передается от более нагретого тела к менее нагретому. Существует три вида теплообмена:
Теплопроводность. Передача энергии происходит от одной части тела к другой или при непосредственном контакте тел за счет взаимодействия и столкновения их частиц. Наиболее характерна для твердых тел. Например, если опустить металлическую ложку в горячий чай, её ручка со временем тоже нагреется.
Конвекция. Передача энергии осуществляется потоками жидкости или газа. Нагретые слои вещества, имея меньшую плотность, поднимаются вверх, а холодные, более плотные, опускаются вниз, создавая циркуляцию. Примеры: обогрев комнаты радиатором, кипение воды в чайнике.
Излучение. Передача энергии происходит посредством электромагнитных волн. Этот вид теплообмена не требует наличия среды и может происходить в вакууме. Любое нагретое тело излучает энергию. Примеры: тепло от Солнца, достигающее Земли через вакуум космоса, тепло от костра или раскаленной плиты.

На практике изменение внутренней энергии часто происходит за счет обоих процессов одновременно.

Ответ: Существуют два способа изменения внутренней энергии термодинамической системы: 1) совершение механической работы (над системой или самой системой); 2) теплообмен (теплопередача), который, в свою очередь, подразделяется на теплопроводность, конвекцию и излучение.