Номер 171, страница 30 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах - номер 171, страница 30.

Условие.

171. Если кусок алюминиевой проволоки быстро сгибать и разгибать в одном и том же месте, то место сгиба будет сильно нагреваться. Объясните это явление, используя закон сохранения и превращения энергии.

Решение.

Когда мы сгибаем и разгибаем алюминиевую проволоку, мы совершаем механическую работу. Эта работа направлена на преодоление сил взаимодействия между атомами в кристаллической решетке металла, что приводит к пластической деформации — изменению взаимного расположения слоев кристаллической решетки.

Согласно закону сохранения и превращения энергии, энергия не может исчезнуть или появиться из ниоткуда, она лишь переходит из одного вида в другой. В данном случае совершаемая нами механическая работа ($\text{A}$) преобразуется во внутреннюю энергию ($\Delta U$) участка проволоки, который мы деформируем. Это происходит потому, что при смещении слоев атомов друг относительно друга возникает внутреннее трение, на преодоление которого и тратится энергия.

Внутренняя энергия вещества — это сумма кинетической энергии хаотического движения его частиц (в данном случае — колебаний атомов в узлах кристаллической решетки) и потенциальной энергии их взаимодействия. Увеличение внутренней энергии приводит к увеличению интенсивности колебаний атомов, то есть к росту их средней кинетической энергии. Макроскопически это проявляется как повышение температуры тела.

Таким образом, механическая работа, затрачиваемая на сгибание и разгибание проволоки, переходит во внутреннюю энергию, что и вызывает её сильный нагрев в месте деформации. Процесс можно описать как преобразование энергии: $A \rightarrow \Delta U \rightarrow Q$, где $\text{Q}$ — количество теплоты, выделяемое проволокой.

Ответ:

При многократном сгибании и разгибании проволоки совершаемая над ней механическая работа, согласно закону сохранения и превращения энергии, переходит во внутреннюю энергию проволоки в месте сгиба. Увеличение внутренней энергии проявляется в виде повышения температуры, поэтому проволока нагревается.