Номер 4, страница 19 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

4. Как изменится внутренняя энергия тела, если над ним совершить работу? Если пар или газ совершит работу?

Как изменится внутренняя энергия тела, если над ним совершить работу?

Решение

Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы ($\Delta U$) равно сумме количества теплоты, переданного системе ($Q$), и работы, совершенной над системой внешними силами ($A'$).

$\Delta U = Q + A'$

Когда над телом совершают работу, это означает, что $A' > 0$. Эта работа преобразуется во внутреннюю энергию тела. Например, если сжимать газ в сосуде, то поршень, двигаясь, передает энергию молекулам газа при столкновениях. В результате средняя кинетическая энергия молекул возрастает, что ведет к увеличению температуры и внутренней энергии газа. Аналогично, при деформации или трении твердых тел совершаемая работа приводит к их нагреванию, то есть к увеличению их внутренней энергии.

Если процесс происходит без теплообмена с окружающей средой (адиабатический процесс), то $Q=0$, и все изменение внутренней энергии происходит только за счет работы: $\Delta U = A'$. Так как работа, совершаемая над телом, положительна ($A' > 0$), то и изменение внутренней энергии будет положительным ($\Delta U > 0$), то есть внутренняя энергия увеличится.

Ответ: Если над телом совершить работу, его внутренняя энергия увеличится.

Если пар или газ совершит работу?

Решение

В этом случае работу совершает сама система (газ или пар). Эту работу принято обозначать буквой $A$ (в отличие от работы внешних сил $A'$). Связь между ними простая: $A = -A'$. Первый закон термодинамики можно записать через работу, совершаемую системой:

$\Delta U = Q - A$

Когда газ или пар совершает работу (например, расширяется, толкая поршень), он тратит на это свою внутреннюю энергию. Молекулы газа, ударяясь о движущийся от них поршень, передают ему часть своей кинетической энергии, в результате чего их собственная средняя кинетическая энергия уменьшается. Это приводит к охлаждению газа и, следовательно, к уменьшению его внутренней энергии.

В случае адиабатического процесса ($Q=0$), когда нет теплообмена с окружающей средой, вся совершаемая работа производится за счет убыли внутренней энергии: $\Delta U = -A$. Поскольку система совершает работу ($A > 0$), изменение ее внутренней энергии будет отрицательным ($\Delta U < 0$).

Ответ: Если пар или газ совершит работу, его внутренняя энергия уменьшится.