Номер 1, страница 82 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. Как экспериментально подтвердить возможность совершения механической работы нагретым паром?

1. Для того чтобы экспериментально подтвердить возможность совершения механической работы нагретым паром, можно провести следующий опыт. Необходимо взять термостойкую пробирку, налить в нее небольшое количество воды (на 1-2 сантиметра от дна) и плотно закрыть ее пробкой. После этого следует закрепить пробирку в штативе и начать нагревать ее содержимое с помощью спиртовки или горелки.

В процессе нагревания вода достигнет температуры кипения и начнет интенсивно испаряться, превращаясь в водяной пар. Поскольку объем, занимаемый паром, в сотни раз превышает объем воды, из которой он образовался, давление внутри пробирки начнет резко возрастать. Молекулы пара, обладая высокой кинетической энергией, будут оказывать силовое воздействие на стенки сосуда и на пробку. В определенный момент сила давления пара на пробку превысит силу трения, удерживающую ее в горлышке пробирки. В результате пар, расширяясь, вытолкнет пробку. Тот факт, что пробка придет в движение и пролетит некоторое расстояние, свидетельствует о том, что над ней была совершена механическая работа. Эта работа $A$ была совершена силой давления $F$ расширяющегося пара, переместившей пробку на расстояние $s$ ($A = F \cdot s$). Таким образом, эксперимент наглядно доказывает, что нагретый пар может совершать механическую работу.

Ответ: Экспериментально подтвердить возможность совершения работы нагретым паром можно, нагревая воду в пробирке, заткнутой пробкой. Образующийся пар, расширяясь, вытолкнет пробку, тем самым совершив механическую работу по её перемещению.

2. В ходе эксперимента, описанного в пункте 1, происходят последовательные превращения энергии. Изначально при сгорании топлива (например, в спиртовке) его внутренняя (химическая) энергия преобразуется в теплоту, то есть во внутреннюю энергию пламени. Эта энергия путем теплопередачи сообщается воде в пробирке, что приводит к увеличению внутренней энергии самой воды, ее нагреванию и последующему парообразованию.

Образовавшийся горячий пар обладает значительным запасом внутренней энергии. Когда этот пар расширяется и выталкивает пробку, он совершает механическую работу. Согласно первому закону термодинамики, работа газом может совершаться только за счет уменьшения его внутренней энергии (или за счет подводимой извне теплоты). В данном случае внутренняя энергия пара преобразуется в кинетическую энергию летящей пробки. Таким образом, ключевым процессом является преобразование внутренней энергии рабочего тела (пара) в механическую работу, а затем в механическую энергию.

Ответ: Происходит превращение внутренней энергии нагретого пара в механическую работу, которая, в свою очередь, переходит в кинетическую энергию движущегося тела (пробки).