Номер 2, страница 9 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 1. Тепловые явления. Самостоятельные работы. СР-6. Способы изменения внутренней энергии тела. Вариант 1 - номер 2, страница 9.

Условие.

2. Почему нагревается велосипедный насос при накачивании им воздуха в шину?

Решение.

При накачивании воздуха в шину с помощью насоса совершается работа по сжатию газа (воздуха) внутри цилиндра. Этот процесс происходит достаточно быстро, поэтому теплообмен с окружающей средой практически отсутствует. В термодинамике такой процесс называется адиабатным.

Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы ($\Delta U$) равно сумме работы, совершённой над системой внешними силами ($A_{внеш}$), и количества теплоты, переданного системе ($\text{Q}$): $ \Delta U = A_{внеш} + Q $.

Поскольку процесс близок к адиабатному, то количеством переданной теплоты можно пренебречь ($Q \approx 0$). Следовательно, почти вся работа, совершаемая поршнем над газом, идёт на увеличение его внутренней энергии: $ \Delta U \approx A_{внеш} $.

Внутренняя энергия идеального газа напрямую связана с его температурой. Поэтому при увеличении внутренней энергии воздуха его температура значительно возрастает. Нагретый воздух, в свою очередь, передаёт тепло стенкам насоса, из-за чего корпус насоса и нагревается.

Дополнительным, но менее значительным фактором нагрева является работа сил трения между поршнем и стенками цилиндра насоса. Эта работа также преобразуется в тепловую энергию.

Ответ: Велосипедный насос нагревается главным образом потому, что при быстром сжатии воздуха совершается механическая работа, которая преобразуется во внутреннюю энергию воздуха, что приводит к повышению его температуры. Нагретый воздух передает тепло корпусу насоса. Небольшой дополнительный нагрев происходит из-за трения поршня о стенки цилиндра.