Номер 4, страница 26 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Упражнение 4. § 6. Способы изменения внутренней энергии тела. Глава 1. Тепловые явления - номер 4, страница 26.

4. Что происходит со спичкой при трении её о коробок? Меняется ли при этом её внутренняя энергия? Ответ обоснуйте.

Что происходит со спичкой при трении её о коробок?

При трении головки спички о специальную поверхность на коробке (тёрку) совершается механическая работа против силы трения. В соответствии с законом сохранения энергии, эта работа преобразуется во внутреннюю энергию (теплоту), в результате чего головка спички и тёрка в месте контакта сильно нагреваются. Головка спички содержит вещества, которые воспламеняются при относительно невысокой температуре (температуре воспламенения). Когда из-за трения температура достигает этого значения, начинается химическая реакция горения, и спичка зажигается.

Меняется ли при этом её внутренняя энергия?

Да, внутренняя энергия спички в этом процессе увеличивается.

Обоснование этого факта следует из первого начала термодинамики, которое гласит, что изменение внутренней энергии системы $ \Delta U $ равно сумме работы $ A' $, совершённой над системой внешними силами, и количества теплоты $ Q $, переданного системе: $ \Delta U = A' + Q $.

В процессе зажигания спички её внутренняя энергия увеличивается в два этапа.

Во-первых, за счёт совершения работы. При трении над спичкой совершается работа против силы трения. Эта работа ($ A' > 0 $) переходит непосредственно во внутреннюю энергию спички и коробка, увеличивая её. Это проявляется в виде повышения их температуры.

Во-вторых, за счёт химической реакции. Когда температура достигает точки воспламенения, начинается экзотермическая реакция горения. В ходе этой реакции происходит преобразование химической энергии, запасённой в молекулах веществ на головке спички, во внутреннюю энергию. Это приводит к выделению большого количества теплоты ($ Q > 0 $ для системы "спичка + продукты горения"), что вызывает резкое повышение температуры и дальнейшее увеличение внутренней энергии.

Таким образом, оба явления — и механическое трение, и химическое горение — приводят к увеличению внутренней энергии спички.

Ответ: При трении о коробок спичка нагревается до температуры воспламенения и загорается. Её внутренняя энергия увеличивается. Обоснование: увеличение внутренней энергии происходит за счёт преобразования механической работы (совершаемой против силы трения) и химической энергии (высвобождаемой при горении) в тепловую энергию.