Номер 2, страница 97 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

2. С идеальным газом определённой массы осуществлён процесс, график которого представлен на рисунке 82. Чему равна работа силы давления газа? Получал или отдавал газ количество теплоты в этом процессе? Как изменилась внутренняя энергия газа?

Рис. 82

Заполните таблицу в тетради (см. пример 2).

Решение

Процесс, показанный на графике в координатах $p-V$ (давление-объем), является изохорным, так как объем газа $V$ в ходе процесса не изменяется ($V = \text{const}$). Это представлено вертикальной линией на графике. Стрелка на графике, направленная вниз, показывает, что процесс протекает из состояния 1 в состояние 2, при этом давление газа уменьшается ($p_2 < p_1$).

Чему равна работа силы давления газа?

Работа, совершаемая газом при изменении его объема, вычисляется по формуле $A = p \Delta V$, где $\Delta V$ – это изменение объема газа. В данном процессе объем газа остается постоянным, следовательно, его изменение равно нулю: $\Delta V = V_2 - V_1 = 0$.

Таким образом, работа силы давления газа в изохорном процессе всегда равна нулю.

Ответ: Работа силы давления газа равна нулю ($A = 0$).

Как изменилась внутренняя энергия газа?

Внутренняя энергия идеального газа ($U$) является функцией его абсолютной температуры ($T$). Для газа определенной массы связь между параметрами состояния (давлением $p$, объемом $V$ и температурой $T$) описывается уравнением состояния идеального газа, из которого следует соотношение $\frac{pV}{T} = \text{const}$.

Поскольку в данном процессе объем $V$ постоянен, то из соотношения следует прямая пропорциональность между давлением и абсолютной температурой: $\frac{p}{T} = \text{const}$, или $p \propto T$.

Из графика видно, что давление газа уменьшается ($p_2 < p_1$), следовательно, и температура газа также уменьшается ($T_2 < T_1$). Уменьшение температуры газа приводит к уменьшению его внутренней энергии. Таким образом, приращение (изменение) внутренней энергии $\Delta U$ является отрицательной величиной ($\Delta U < 0$).

Ответ: Внутренняя энергия газа уменьшилась.

Получал или отдавал газ количество теплоты в этом процессе?

Для определения направления теплообмена воспользуемся первым законом термодинамики, который гласит, что количество теплоты $Q$, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии $\Delta U$ и на совершение системой работы $A$ над внешними телами: $Q = \Delta U + A$.

Как мы уже установили, в данном процессе работа газа $A = 0$, а изменение внутренней энергии отрицательно, $\Delta U < 0$. Подставив эти значения в уравнение первого закона термодинамики, получим: $Q = \Delta U + 0 = \Delta U$.

Поскольку $\Delta U < 0$, то и количество теплоты $Q$ также отрицательно ($Q < 0$). Отрицательное значение $Q$ по определению означает, что газ не получал теплоту извне, а отдавал ее в окружающую среду.

Ответ: Газ отдавал количество теплоты.

Заполненная таблица: