Номер 3, страница 57 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава I. Тепловые явления. Параграф 9. Закон сохранения энергии в механических и тепловых процессах - номер 3, страница 57.

Условие.

3. Сформулируйте закон сохранения энергии в механических и тепловых процессах.

Решение.

Закон сохранения и превращения энергии — это фундаментальный закон природы, утверждающий, что полная энергия замкнутой (изолированной) системы сохраняется с течением времени. Энергия не возникает из ничего и не исчезает в никуда, а может только переходить из одной формы в другую или обмениваться между частями системы. Рассмотрим этот закон применительно к механическим и тепловым процессам.

Закон сохранения энергии в механических процессах

В механике закон сохранения энергии рассматривается для механической энергии, которая является суммой кинетической и потенциальной энергии тел.

Формулировка: Если в замкнутой системе тел действуют только консервативные силы (сила тяжести, сила упругости), то полная механическая энергия этой системы остается неизменной (сохраняется).

Математически это выражается так:

$E_{полн} = E_к + E_п = \text{const}$

где $E_к$ — кинетическая энергия системы (энергия движения), а $E_п$ — потенциальная энергия системы (энергия взаимодействия тел).

Например, для тела, движущегося в поле тяжести Земли, закон сохранения механической энергии записывается в виде:

$\frac{mv_1^2}{2} + mgh_1 = \frac{mv_2^2}{2} + mgh_2$

Если же в системе действуют неконсервативные силы, такие как сила трения или сопротивления среды, то полная механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю (тепловую) энергию. Изменение полной механической энергии системы равно работе неконсервативных сил:

$\Delta E_{полн} = E_{полн2} - E_{полн1} = A_{неконс}$

Ответ: В механических процессах для замкнутой системы, в которой действуют только консервативные силы, полная механическая энергия (сумма кинетической и потенциальной энергий) сохраняется. Если в системе действуют неконсервативные силы (например, трение), механическая энергия не сохраняется, а ее изменение равно работе этих сил, что приводит к переходу механической энергии в другие виды, в частности, во внутреннюю.

Закон сохранения энергии в тепловых процессах

При рассмотрении тепловых процессов закон сохранения энергии формулируется как первое начало (первый закон) термодинамики. Он устанавливает связь между изменением внутренней энергии системы, количеством переданной теплоты и совершенной работой.

Формулировка: Изменение внутренней энергии ($\Delta U$) термодинамической системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме работы ($A'$), совершенной внешними силами над системой, и количества теплоты ($\text{Q}$), переданного системе.

Математически это выражается так:

$\Delta U = Q + A'$

Часто используется другая форма записи, где под $\text{A}$ понимают работу, совершаемую самой системой над внешними телами ($A = -A'$):

$Q = \Delta U + A$

Эта формулировка означает, что количество теплоты ($\text{Q}$), переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии ($\Delta U$) и на совершение системой работы ($\text{A}$) над внешними телами.

Первое начало термодинамики является обобщением закона сохранения энергии, включающим в рассмотрение внутреннюю энергию тел и процессы теплообмена.

Ответ: В тепловых процессах закон сохранения энергии (первое начало термодинамики) утверждает, что количество теплоты, переданное системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами ($Q = \Delta U + A$).