Опыт 2, страница 17 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

Опыт 2. Если у вас есть велосипед, обратите внимание на то, что при накачке камеры колеса насос нагревается.

Опыт 2.

Нагревание насоса при накачке камеры колеса является хорошим примером термодинамического процесса, а именно адиабатического сжатия.

Основная причина нагрева заключается в том, что при сжатии воздуха в насосе над ним совершается работа. Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии газа ($\Delta U$) равно сумме работы, совершённой над газом внешними силами ($A$), и количества теплоты, переданного газу ($Q$):

$\Delta U = A + Q$

Когда вы быстро нажимаете на поршень насоса, процесс сжатия воздуха происходит так быстро, что газ практически не успевает обменяться теплом с окружающей средой (со стенками насоса и воздухом снаружи). Такой процесс, при котором теплообмен с окружающей средой пренебрежимо мал, называется адиабатическим. Для адиабатического процесса можно считать, что $Q \approx 0$.

Тогда первый закон термодинамики принимает вид:

$\Delta U = A$

Это уравнение означает, что вся работа $A$, совершённая вами по сжатию воздуха, идёт на увеличение его внутренней энергии $\Delta U$.

Внутренняя энергия идеального газа (а воздух при нормальных условиях можно считать близким к идеальному) напрямую зависит от его температуры. Увеличение внутренней энергии приводит к росту температуры газа. Таким образом, воздух внутри насоса сильно нагревается.

Этот горячий, сжатый воздух затем передает свое тепло стенкам цилиндра насоса путем теплопроводности, в результате чего корпус насоса становится горячим на ощупь.

Также существует и второй, менее значительный фактор — трение поршня о стенки цилиндра, которое тоже выделяет некоторое количество тепла. Однако основной вклад в нагрев вносит именно работа, совершаемая над газом.

Ответ: Насос нагревается, потому что работа, совершаемая по быстрому сжатию воздуха, переходит во внутреннюю энергию этого воздуха, что приводит к значительному повышению его температуры. Нагретый воздух, в свою очередь, передаёт тепло корпусу насоса.