Номер 4, страница 75 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

4. Идеальный газ переводят из состояния 1 в состояние 3 двумя различными способами: изотермически ($1 \to 3$) и осуществляя сначала изобарное расширение, а затем изохорное охлаждение ($1 \to 2 \to 3$) (рис. 65). Зависит ли приращение внутренней энергии газа от способа его перехода из состояния 1 в состояние 3?

Рис. 65

Решение

Внутренняя энергия $U$ является функцией состояния системы. Это означает, что ее значение зависит только от текущих параметров состояния (давления $p$, объема $V$, температуры $T$), а не от того, каким путем система пришла в это состояние. Следовательно, изменение внутренней энергии $ΔU$ при переходе из одного состояния в другое зависит только от начального и конечного состояний, а не от траектории процесса.

$ΔU = U_{конечное} - U_{начальное}$

В задаче рассматриваются два разных процесса, но оба переводят газ из одного и того же начального состояния 1 в одно и то же конечное состояние 3. Так как начальное и конечное состояния для обоих процессов совпадают, то и приращение внутренней энергии $ΔU = U_3 - U_1$ будет одинаковым в обоих случаях.

Для идеального газа внутренняя энергия зависит только от температуры: $U = \frac{i}{2}\nu RT$. Процесс 1 → 3 по условию является изотермическим, что означает равенство температур в начальном и конечном состояниях: $T_1 = T_3$. Поэтому приращение внутренней энергии для любого процесса перехода из 1 в 3 равно нулю:

$ΔU = U_3 - U_1 = \frac{i}{2}\nu R(T_3 - T_1) = 0$

Ответ: Нет, приращение внутренней энергии газа не зависит от способа его перехода из состояния 1 в состояние 3. Оно определяется только начальным и конечным состояниями газа.

5.

Решение

Идеальный газ:

В модели идеального газа считается, что потенциальная энергия взаимодействия между молекулами равна нулю, так как силами притяжения и отталкивания между ними пренебрегают. Поэтому внутренняя энергия идеального газа равна сумме кинетических энергий поступательного и вращательного движения всех его молекул. Средняя кинетическая энергия движения молекул, в свою очередь, прямо пропорциональна абсолютной температуре газа. Таким образом, внутренняя энергия идеального газа зависит только от его температуры (а также от количества вещества и его химической природы, что определяет число степеней свободы $i$).

Реальный газ:

В реальных газах, в отличие от идеальных, нельзя пренебрегать силами межмолекулярного взаимодействия. Поэтому внутренняя энергия реального газа состоит из двух слагаемых: суммарной кинетической энергии всех молекул (которая зависит от температуры) и суммарной потенциальной энергии их взаимодействия (которая зависит от среднего расстояния между молекулами, то есть от объема газа). Следовательно, внутренняя энергия реального газа зависит и от температуры, и от объема.

Ответ: Значение внутренней энергии идеального газа зависит только от его температуры (при неизменном количестве вещества). Значение внутренней энергии реальных газов зависит как от температуры, так и от объема.