Номер 3, страница 28 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 1. Тепловые явления. Самостоятельные работы. СР-23. Работа газа и пара при расширении. Вариант 1 - номер 3, страница 28.

Условие.

3. Можно ли внутреннюю энергию газа целиком превратить в механическую энергию? Ответ поясните.

Решение.

Нет, целиком превратить внутреннюю энергию газа в механическую энергию невозможно. Это следует из законов термодинамики.

Пояснение:

1. Превращение внутренней энергии в механическую работу происходит, когда газ, расширяясь, совершает работу. Согласно первому началу термодинамики, количество теплоты $\text{Q}$, полученное газом, расходуется на изменение его внутренней энергии $\Delta U$ и на совершение им работы $\text{A}$:
$Q = \Delta U + A$

2. Чтобы работа совершалась исключительно за счет расходования внутренней энергии, процесс должен происходить без теплообмена с окружающей средой, то есть быть адиабатным ($Q = 0$). В этом случае первый закон термодинамики принимает вид:
$A = -\Delta U$
Это означает, что работа совершается за счет уменьшения внутренней энергии газа, что сопровождается его охлаждением.

3. Полностью (целиком) превратить внутреннюю энергию в работу означало бы, что конечная внутренняя энергия газа станет равной нулю ($U_{конечная} = 0$).

4. Внутренняя энергия идеального газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре $\text{T}$: $U = \frac{i}{2}\nu RT$. Таким образом, нулевая внутренняя энергия соответствует температуре абсолютного нуля ($T = 0$ К).

5. Согласно третьему началу термодинамики (принцип недостижимости абсолютного нуля), невозможно охладить какое-либо тело до температуры абсолютного нуля посредством конечного числа операций.

Следовательно, так как невозможно достичь абсолютного нуля, то невозможно и полностью преобразовать внутреннюю энергию газа в механическую работу. Часть внутренней энергии всегда останется в газе.

Ответ:

Нет, внутреннюю энергию газа целиком превратить в механическую энергию невозможно. Это потребовало бы охлаждения газа до температуры абсолютного нуля, что запрещено третьим началом термодинамики.