Номер 6, страница 43 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 3. Тепловые машины. Параграф 11. Тепловые двигатели - номер 6, страница 43.

Условие.

6. В тепловом двигателе газ под поршнем совершил работу против внешних сил. Как изменилась при этом его внутренняя энергия (увеличилась или уменьшилась)?

Решение.

6. Решение

Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии газа ($ \Delta U $) равно разности между количеством теплоты ($ Q $), переданным газу, и работой ($ A' $), совершённой газом против внешних сил:

$ \Delta U = Q - A' $

В задаче говорится, что газ совершил работу против внешних сил, следовательно, работа газа $ A' $ является положительной величиной ($ A' > 0 $).

Когда газ расширяется и совершает работу (например, толкая поршень), он тратит на это свою внутреннюю энергию. Молекулы газа, ударяясь о движущийся поршень, передают ему часть своей кинетической энергии. В результате средняя кинетическая энергия движения молекул газа уменьшается, что приводит к понижению его температуры. Поскольку внутренняя энергия газа напрямую зависит от его температуры, она также уменьшается.

Даже если в процессе расширения газу передается некоторое количество теплоты ($ Q > 0 $), работа в тепловом двигателе совершается именно за счет того, что внутренняя энергия преобразуется в механическую работу. Процесс расширения газа в тепловом двигателе (рабочий ход) происходит очень быстро, поэтому его можно считать близким к адиабатному, то есть процессу без теплообмена с окружающей средой ($ Q \approx 0 $). В этом случае $ \Delta U = -A' $. Так как $ A' > 0 $, то $ \Delta U < 0 $, что означает уменьшение внутренней энергии.

Таким образом, совершая работу, газ охлаждается, и его внутренняя энергия уменьшается.

Ответ: Внутренняя энергия газа уменьшилась.