Номер 9, страница 87, часть 3 - гдз по физике 9 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 3. Задания для подготовки к основному государственному экзамену по физике. Вариант 2 - номер 9, страница 87.

Условие.

9. Из приведённого ниже списка выберите два правильных утверждения. Укажите их номера.

1) Если газ совершил работу, то внутренняя энергия газа увеличилась.

2) Если внутренняя энергия газа уменьшилась, то газ совершил работу.

3) Если газ совершил работу и внутренняя энергия газа увеличилась, то газу было передано некоторое количество теплоты.

4) Если газу передать некоторое количество теплоты, то он совершит положительную работу.

5) Работа, совершённая внешней силой над газом, может быть равна увеличению внутренней энергии газа.

Ответ: □□

Решение.

Решение

Для анализа предложенных утверждений воспользуемся первым законом термодинамики, который связывает изменение внутренней энергии газа $\Delta U$, количество переданной ему теплоты $Q$ и работу $A_{газа}$, совершённую газом. Закон имеет вид: $Q = \Delta U + A_{газа}$.

Также можно использовать работу, совершённую внешними силами над газом, $A_{внешн}$. Она связана с работой газа соотношением $A_{внешн} = -A_{газа}$. В этом случае первый закон термодинамики записывается как $\Delta U = Q + A_{внешн}$.

Проанализируем каждое утверждение:

1) Если газ совершил работу, то внутренняя энергия газа увеличилась.

Это утверждение неверно. Совершение газом работы ($A_{газа} > 0$) не гарантирует увеличения его внутренней энергии. Из формулы $\Delta U = Q - A_{газа}$ видно, что знак $\Delta U$ зависит также от количества теплоты $Q$. Например, при адиабатном расширении ($Q=0$) газ совершает работу за счёт своей внутренней энергии, и она уменьшается ($\Delta U = -A_{газа} < 0$). При изотермическом расширении идеального газа ($T = const$) его внутренняя энергия не изменяется ($\Delta U = 0$).

2) Если внутренняя энергия газа уменьшилась, то газ совершил работу.

Это утверждение неверно. Уменьшение внутренней энергии ($\Delta U < 0$) не всегда сопровождается совершением работы газом. Например, при изохорном охлаждении (при постоянном объёме) газ не совершает работу ($A_{газа} = 0$), но его внутренняя энергия уменьшается, так как от него отводится тепло ($Q = \Delta U < 0$).

3) Если газ совершил работу и внутренняя энергия газа увеличилась, то газу было передано некоторое количество теплоты.

Это утверждение верно. Из первого закона термодинамики $Q = \Delta U + A_{газа}$. Если газ совершил работу, то $A_{газа} > 0$. Если внутренняя энергия увеличилась, то $\Delta U > 0$. Сумма двух положительных чисел всегда положительна, поэтому $Q > 0$. Это означает, что газу было передано некоторое количество теплоты.

4) Если газу передать некоторое количество теплоты, то он совершит положительную работу.

Это утверждение неверно. Передача тепла газу ($Q > 0$) не означает, что газ обязательно совершит работу. Например, при изохорном нагревании (при постоянном объёме) работа газа равна нулю ($A_{газа} = 0$), и всё переданное тепло идёт на увеличение его внутренней энергии ($Q = \Delta U$).

5) Работа, совершённая внешней силой над газом, может быть равна увеличению внутренней энергии газа.

Это утверждение верно. Рассмотрим первый закон термодинамики в виде $\Delta U = Q + A_{внешн}$. Условие, что работа внешней силы равна увеличению внутренней энергии, означает $A_{внешн} = \Delta U$, причём $\Delta U > 0$. Подставив это в уравнение, получим $\Delta U = Q + \Delta U$, что возможно только при $Q = 0$. Такой процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой, называется адиабатным. Например, при адиабатном сжатии газа внешние силы совершают положительную работу ($A_{внешн} > 0$), которая полностью переходит в увеличение внутренней энергии газа ($\Delta U = A_{внешн} > 0$).

Таким образом, правильными являются утверждения под номерами 3 и 5.

Ответ: 35