Номер 177, страница 31 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах - номер 177, страница 31.

Условие.

177. Объясните, почему ствол пушки нагревается сильнее при холостом выстреле, чем при выстреле снарядами.

Решение.

Это явление объясняется первым законом термодинамики, который является выражением закона сохранения энергии для тепловых процессов. При выстреле химическая энергия сгорающего пороха преобразуется во внутреннюю энергию горячих пороховых газов и в работу, которую эти газы совершают при расширении.

Энергетический баланс можно описать уравнением: $E_{пор} = \Delta U + A$, где $E_{пор}$ — это энергия, выделившаяся при сгорании пороха, $\Delta U$ — изменение внутренней энергии газов (которое напрямую связано с изменением их температуры), а $\text{A}$ — работа, совершенная газами.

При выстреле снарядом

Пороховые газы, расширяясь в стволе, совершают значительную механическую работу $\text{A}$ по разгону тяжелого снаряда, сообщая ему большую кинетическую энергию. Согласно уравнению, большая часть энергии $E_{пор}$ расходуется на совершение этой работы. Вследствие этого на увеличение внутренней энергии газов $\Delta U$ приходится меньшая доля энергии. Это означает, что при расширении газы, совершая работу, сильно охлаждаются. Так как газы в стволе имеют более низкую среднюю температуру, они передают стенкам ствола меньше теплоты.

При холостом выстреле

В отсутствие снаряда пороховые газы практически не совершают полезной механической работы ($A \approx 0$). Работа по выталкиванию воздуха из ствола пренебрежимо мала по сравнению с работой по разгону снаряда. Поэтому почти вся энергия сгорания пороха $E_{пор}$ переходит в изменение внутренней энергии газов ($\Delta U \approx E_{пор}$). В результате температура газов в стволе остается очень высокой. Эти раскаленные газы находятся в контакте со стенками ствола и передают им значительно большее количество теплоты, чем в первом случае.

Ответ: При холостом выстреле почти вся энергия сгорания пороха переходит во внутреннюю энергию газов, что приводит к их сильному нагреву и, как следствие, к интенсивному нагреву ствола. При выстреле снарядом значительная часть энергии расходуется на совершение работы по его разгону, из-за чего газы в стволе охлаждаются, и стволу передается меньше теплоты.