Номер 4, страница 54 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

4. В чём состоит закон сохранения энергии применительно к тепловым процессам?

4. Закон сохранения энергии применительно к тепловым процессам формулируется как первый закон (или первое начало) термодинамики. Этот закон представляет собой расширение общего закона сохранения энергии на явления, в которых учитывается изменение внутренней энергии тел.

Суть закона заключается в том, что энергия в замкнутой системе не создается и не уничтожается, а лишь переходит из одной формы в другую. В термодинамике рассматриваются три ключевые формы энергии: внутренняя энергия, теплота и работа.

Математически первый закон термодинамики чаще всего записывается в следующем виде:

$Q = \Delta U + A$

где:

$Q$ – это количество теплоты, переданное системе от внешних тел. Если система получает теплоту (нагревается), то $Q > 0$. Если система отдает теплоту (охлаждается), то $Q < 0$.

$\Delta U$ – это изменение внутренней энергии системы. Внутренняя энергия ($U$) – это сумма кинетической энергии хаотического теплового движения частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия. Изменение внутренней энергии зависит только от начального и конечного состояний системы, но не от способа перехода между ними. Для идеального газа внутренняя энергия зависит только от температуры.

$A$ – это работа, совершаемая самой системой над внешними телами (например, работа газа при его расширении). Если система совершает работу (расширяется), то $A > 0$. Если внешние силы совершают работу над системой (сжимают ее), то работа системы считается отрицательной, $A < 0$.

Таким образом, закон можно сформулировать так: количество теплоты, сообщенное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.

Альтернативная форма записи закона, которая явно показывает, как можно изменить внутреннюю энергию системы:

$\Delta U = Q - A$

Из этой формулы видно, что внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: через теплопередачу ($Q$) или путем совершения работы ($A$).

Важным следствием первого закона термодинамики является невозможность создания вечного двигателя первого рода – гипотетического устройства, способного совершать работу бесконечно долго без получения энергии извне. Согласно закону, если не подводить к системе тепло ($Q=0$), то совершение работы ($A>0$) возможно только за счет уменьшения внутренней энергии ($\Delta U = -A$). Так как запас внутренней энергии любого тела конечен, такой двигатель рано или поздно остановится.

Ответ: Закон сохранения энергии применительно к тепловым процессам (первый закон термодинамики) гласит, что количество теплоты ($Q$), переданное термодинамической системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии ($\Delta U$) и на совершение этой системой работы ($A$) над внешними телами. Математически это выражается формулой $Q = \Delta U + A$.