Номер 6, страница 240 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

6. На графике (рис. 170) показано изменение температуры некоторого твёрдого тела со временем. Определите начальную и конечную температуру тела. Охарактеризуйте изменение внутренней энергии тела на каждом участке графика за всё время наблюдения.

Рис. 170

Дано:

График зависимости температуры твёрдого тела $t$ от времени $τ$.

Цена деления по оси температуры (ось ординат): $(50 - 0) \space °\text{C} / 5 \text{ дел.} = 10 \space °\text{C}/\text{дел.}$

Цена деления по оси времени (ось абсцисс): $(5 - 0) \space \text{мин} / 5 \text{ дел.} = 1 \space \text{мин}/\text{дел.}$

Найти:

$t_{нач}$ — начальная температура тела.

$t_{кон}$ — конечная температура тела.

Охарактеризовать изменение внутренней энергии $ΔU$ на каждом участке.

Решение:

Определите начальную и конечную температуру тела.

Начальная температура тела соответствует моменту времени $τ = 0 \space \text{мин}$. Из графика находим, что в этот момент времени температура $t_{нач}$ составляет 4 деления вверх от нуля, то есть $t_{нач} = 4 \cdot 10 \space °\text{C} = 40 \space °\text{C}$.

Конечная температура соответствует последней точке на графике. Эта точка соответствует моменту времени $τ = 15 \space \text{мин} + 2,5 \space \text{дел.} = 17,5 \space \text{мин}$. Температура в этой точке $t_{кон}$ находится на одно деление ниже нуля, то есть $t_{кон} = -10 \space °\text{C}$.

Ответ: начальная температура тела $40 \space °\text{C}$, конечная температура $-10 \space °\text{C}$.

Охарактеризуйте изменение внутренней энергии тела на каждом участке графика за всё время наблюдения.

Внутренняя энергия ($U$) твёрдого тела напрямую зависит от его температуры. При увеличении температуры внутренняя энергия увеличивается ($ΔU > 0$), при уменьшении — уменьшается ($ΔU < 0$), а при постоянной температуре — не изменяется ($ΔU = 0$), так как по условию тело не меняет агрегатного состояния.

Рассмотрим каждый участок графика:

Участок 1 (от 0 до 5 мин): На этом интервале времени температура тела уменьшается с $40 \space °\text{C}$ до $20 \space °\text{C}$. Так как температура падает, внутренняя энергия тела уменьшается.

Участок 2 (от 5 до 10 мин): На этом интервале времени температура тела увеличивается с $20 \space °\text{C}$ до $80 \space °\text{C}$. Так как температура растет, внутренняя энергия тела увеличивается.

Участок 3 (от 10 до 15 мин): На этом интервале времени температура тела остается постоянной и равной $80 \space °\text{C}$. Поскольку температура не изменяется, внутренняя энергия тела не изменяется.

Участок 4 (от 15 до 17,5 мин): На этом интервале времени температура тела уменьшается с $80 \space °\text{C}$ до $-10 \space °\text{C}$. Так как температура падает, внутренняя энергия тела уменьшается.

Ответ: на участке от 0 до 5 мин внутренняя энергия уменьшается; на участке от 5 до 10 мин внутренняя энергия увеличивается; на участке от 10 до 15 мин внутренняя энергия не изменяется; на участке от 15 до 17,5 мин внутренняя энергия уменьшается.