Вариант 6, страница 63 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Самостоятельные работы. СР-1. Внутренняя энергия - страница 63.

Условие.

Вариант 6

1. Объясните, почему при откачивании воздуха из баллона внутренняя энергия оставшейся части воздуха уменьшилась.

2. Почему шариковые, роликовые и игольчатые подшипники у машин нагреваются меньше, чем подшипники скольжения?

3. Кусок сахара раздробили на мелкие кусочки, а потом растёрли в порошок. В каком случае внутренняя энергия сахара больше? Почему?

Решение.

1. При откачивании воздуха из баллона оставшаяся часть воздуха расширяется, занимая весь объем баллона. При этом расширяющийся газ совершает работу против сил давления со стороны откачиваемой части воздуха. Этот процесс происходит достаточно быстро, поэтому его можно считать адиабатическим, то есть без теплообмена с окружающей средой ($Q=0$). Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы равно разности между количеством теплоты, переданной системе, и работой, совершённой системой над внешними телами: $\Delta U = Q - A$. Так как газ совершает работу ($A > 0$) и теплообмен отсутствует ($Q = 0$), изменение внутренней энергии становится отрицательным: $\Delta U = -A$. Уменьшение внутренней энергии идеального газа, каким можно считать воздух, проявляется в понижении его температуры, так как внутренняя энергия прямо пропорциональна температуре.
Ответ: Внутренняя энергия оставшейся части воздуха уменьшилась, потому что при расширении газ совершил работу, а из-за быстроты процесса не успел получить теплоту извне. Эта работа была совершена за счет собственной внутренней энергии.

2. Нагрев подшипников происходит из-за трения между их движущимися частями. В подшипниках скольжения одна поверхность (например, вал) скользит по другой (вкладыш). При этом возникает трение скольжения. В шариковых, роликовых и игольчатых подшипниках (подшипниках качения) скольжение заменено качением тел (шариков, роликов) по поверхностям. Трение, возникающее при качении, называется трением качения. Сила трения качения при прочих равных условиях (нагрузка, материалы) значительно меньше силы трения скольжения. Работа силы трения превращается во внутреннюю энергию, то есть в теплоту. Поскольку работа силы трения качения меньше работы силы трения скольжения, то и тепла при работе подшипников качения выделяется значительно меньше.
Ответ: Шариковые, роликовые и игольчатые подшипники относятся к подшипникам качения, в которых трение скольжения заменено на значительно меньшее трение качения. Поэтому они выделяют меньше тепла и меньше нагреваются по сравнению с подшипниками скольжения.

3. Внутренняя энергия тела состоит из кинетической энергии хаотического движения его частиц (молекул) и потенциальной энергии их взаимодействия. Когда кусок сахара дробят, а затем растирают в порошок, над ним совершают механическую работу. Эта работа идет на преодоление сил межмолекулярного притяжения, то есть на разрушение кристаллической решетки. В результате увеличивается общая площадь поверхности вещества. Молекулы, находящиеся на поверхности, обладают большей потенциальной энергией по сравнению с молекулами внутри кристалла. Таким образом, совершённая работа переходит в увеличение потенциальной составляющей внутренней энергии сахара. Кроме того, часть работы переходит в теплоту из-за трения, что временно увеличивает и кинетическую составляющую внутренней энергии (температуру). Чем тоньше измельчение, тем больше совершённая работа и тем больше суммарная поверхность, а следовательно, и внутренняя энергия.
Ответ: Внутренняя энергия сахара больше в том случае, когда он растёрт в порошок. Это связано с тем, что для измельчения была совершена работа, которая пошла на увеличение суммарной поверхностной энергии (потенциальной энергии взаимодействия молекул на поверхности) и частично на нагрев.