Задания для развития, страница 60 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

• Предложите способы изменения внутренней энергии, используя формулу 14.1.

Рис. 14.1

Для ответа на вопрос необходимо обратиться к первому началу термодинамики, которое, по всей видимости, и является "формулой 14.1". Оно устанавливает связь между изменением внутренней энергии системы $\Delta U$, количеством переданной ей теплоты $Q$ и работой $A$, совершенной над системой внешними силами:

$\Delta U = Q + A$

Из данного уравнения видно, что существует два фундаментальных способа изменить внутреннюю энергию системы, такой как газ под поршнем.

Теплообмен

Первый способ — это изменение внутренней энергии за счет теплообмена с окружающей средой. Этот способ связан с величиной $Q$ (количество теплоты) в формуле.
- Если системе передается тепло, например, при нагревании цилиндра, то $Q > 0$, и внутренняя энергия газа увеличивается ($\Delta U > 0$). Это означает, что средняя кинетическая энергия его молекул растет, и газ нагревается.
- Если система отдает тепло в окружающую среду, например, при охлаждении цилиндра, то $Q < 0$, и внутренняя энергия газа уменьшается ($\Delta U < 0$). Газ при этом охлаждается.

Совершение работы

Второй способ — это изменение внутренней энергии за счет совершения механической работы. Этот способ связан с величиной $A$ (работа) в формуле.
- Если внешние силы совершают над системой положительную работу, то $A > 0$, и внутренняя энергия системы увеличивается. На рисунке 14.1 как раз показан этот случай: внешняя сила $\vec{F}_{вн}$ сжимает газ, перемещая поршень. Совершаемая при этом работа внешних сил приводит к увеличению внутренней энергии газа (и его температуры, если теплообмен отсутствует).
- Если сама система совершает положительную работу над внешними телами, например, газ расширяется и толкает поршень вверх, то работа внешних сил над системой считается отрицательной ($A < 0$). В этом случае внутренняя энергия газа уменьшается (если он не получает тепло извне), и газ охлаждается.

Ответ: Внутреннюю энергию термодинамической системы можно изменить двумя способами: 1) посредством теплопередачи (сообщить системе количество теплоты или отнять его); 2) путем совершения механической работы (когда внешние силы совершают работу над системой или когда сама система совершает работу над внешними телами).