Ответьте на вопросы, страница 16 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему при откачивании воздуха из баллона внутренняя энергия оставшейся части воздуха уменьшается?

2. Какими способами можно восстановить значение внутренней энергии воздуха в сосуде?

3. Почему метеориты сгорают, когда входят в плотные слои атмосферы?

4. Почему мука из жерновов выходит горячей?

1. Почему при откачивании воздуха из баллона внутренняя энергия оставшейся части воздуха уменьшается?

При откачивании воздуха из баллона оставшийся в нем газ расширяется, занимая весь предоставленный объем. При этом газ совершает работу против сил давления выходящего воздуха. Этот процесс происходит достаточно быстро, поэтому можно считать его адиабатическим, то есть без существенного теплообмена с окружающей средой ($Q \approx 0$). Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы $ΔU$ равно разности между полученным количеством теплоты $Q$ и работой $A$, совершенной системой: $ΔU = Q - A$. Так как газ совершает работу ($A > 0$) и не получает тепла извне ($Q \approx 0$), его внутренняя энергия уменьшается ($ΔU < 0$). Внутренняя энергия идеального газа прямо пропорциональна его температуре, поэтому уменьшение внутренней энергии приводит к охлаждению оставшегося в баллоне воздуха.

Ответ: Оставшаяся часть воздуха расширяется и совершает работу, затрачивая на это свою внутреннюю энергию, что приводит к ее уменьшению и охлаждению газа.

2. Какими способами можно восстановить значение внутренней энергии воздуха в сосуде?

Внутреннюю энергию тела (в данном случае, воздуха в сосуде) можно изменить двумя способами: путем теплопередачи или совершением работы. Чтобы восстановить (увеличить) внутреннюю энергию воздуха, который охладился, можно:

1. Сообщить ему некоторое количество теплоты. Например, нагреть сосуд с воздухом. При этом энергия будет передаваться от более нагретого тела (стенки сосуда) к менее нагретому (воздух).

2. Совершить над газом работу. Например, сжать воздух в сосуде с помощью поршня. При сжатии внешние силы совершают положительную работу над газом, что приводит к увеличению его внутренней энергии и, как следствие, температуры.

Ответ: Можно либо нагреть сосуд с воздухом (совершить теплопередачу), либо сжать воздух в сосуде (совершить работу над газом).

3. Почему метеориты сгорают, когда входят в плотные слои атмосферы?

Метеориты входят в атмосферу Земли на огромных скоростях, достигающих десятков километров в секунду. При движении в плотных слоях атмосферы происходит их резкое торможение. Существуют две основные причины сильного нагрева и сгорания метеоритов:

1. Сила трения. Возникает огромное трение между поверхностью метеорита и молекулами воздуха. Работа силы трения преобразуется в тепловую энергию, разогревая и метеорит, и окружающий воздух.

2. Адиабатическое сжатие. Это главный фактор. Перед летящим метеоритом образуется ударная волна, в которой воздух очень быстро и сильно сжимается. Такое сжатие происходит практически без теплообмена с окружающей средой (адиабатически). Работа, совершаемая над газом при его сжатии, полностью идет на увеличение его внутренней энергии. В результате температура воздуха перед метеоритом может достигать нескольких тысяч градусов Цельсия. Именно этот раскаленный сжатый воздух и приводит к плавлению и испарению вещества метеорита, что мы наблюдаем как его "сгорание".

Ответ: Метеориты сгорают из-за сильного нагрева, вызванного трением об атмосферу и, в большей степени, адиабатическим сжатием и колоссальным разогревом воздуха перед летящим телом.

4. Почему мука из жерновов выходит горячей?

Процесс перемола зерна в муку с помощью жерновов заключается в измельчении зерен путем их трения и раздавливания между двумя тяжелыми каменными дисками. Для вращения жерновов и преодоления сил трения (между самими жерновами, а также между жерновами и зернами) совершается механическая работа. Согласно закону сохранения энергии, эта работа не исчезает, а преобразуется в другие виды энергии, в данном случае — преимущественно во внутреннюю (тепловую) энергию. Выделяющееся тепло нагревает и сами жернова, и муку, которая образуется в процессе перемола. Поэтому мука на выходе из-под жерновов оказывается горячей.

Ответ: Мука выходит горячей, потому что механическая работа, совершаемая для преодоления сил трения при перемалывании зерна, преобразуется во внутреннюю (тепловую) энергию, которая нагревает и жернова, и муку.