Номер 3, страница 80 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Тепловые явления. Параграф 20. Способы изменения внутренней энергии. Задание 19 - номер 3, страница 80.

Условие.

3. Может ли внутренняя энергия газа остаться неизменной, если имеют место оба способа её изменения — теплопередача и совершение работы?

Решение.

Решение

Да, внутренняя энергия газа может остаться неизменной, даже если одновременно происходят теплопередача и совершение работы. Это следует из первого закона термодинамики.

Первый закон термодинамики гласит, что изменение внутренней энергии системы ($\Delta U$) равно сумме количества теплоты, переданной системе ($\text{Q}$), и работы, совершённой над системой внешними силами ($\text{A}$), или разности между количеством теплоты $\text{Q}$ и работой, совершённой самой системой над внешними телами ($A'$).

Формула первого закона термодинамики:

$\Delta U = Q + A$

или

$\Delta U = Q - A'$

где $A = -A'$.

Для того чтобы внутренняя энергия газа оставалась неизменной, её изменение должно быть равно нулю: $\Delta U = 0$.

Подставив это условие в уравнение первого закона термодинамики, получим:

$0 = Q - A'$

Это означает, что должно выполняться равенство:

$Q = A'$

Таким образом, внутренняя энергия газа не изменится, если количество теплоты, полученное газом от окружающей среды, будет в точности равно работе, которую совершит сам газ.

Процесс, при котором температура газа остается постоянной, называется изотермическим. Поскольку внутренняя энергия идеального газа является функцией только его температуры ($U = \frac{i}{2}\nu RT$), то при постоянной температуре ($\Delta T = 0$) внутренняя энергия также не изменяется ($\Delta U = 0$). Именно в изотермическом процессе и выполняется условие $Q = A'$.

Пример: при изотермическом расширении газ получает извне некоторое количество теплоты ($Q > 0$) и совершает за счет этой энергии положительную работу ($A' > 0$). Если $Q = A'$, то его внутренняя энергия останется прежней.

Ответ: Да, может. Это происходит в том случае, когда количество теплоты, полученное (или отданное) газом, равно работе, которую совершил газ (или которая была совершена над ним). Такой процесс называется изотермическим.