Номер 1, страница 95 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

1. Приведите две формулировки первого закона термодинамики.

Приведите две формулировки первого закона термодинамики.

Первый закон термодинамики является фундаментальным законом природы и представляет собой закон сохранения энергии, примененный к термодинамическим системам. Существует несколько эквивалентных формулировок этого закона.

Формулировка 1:
Изменение внутренней энергии ($ΔU$) термодинамической системы при ее переходе из одного состояния в другое равно сумме количества теплоты ($Q$), переданного системе, и работы ($A'$), совершенной над системой внешними силами.
В виде формулы это записывается так:
$ΔU = Q + A'$
Часто используется альтернативная форма записи, где под $A$ понимают работу, совершаемую самой системой против внешних сил. Так как работа системы и работа внешних сил равны по модулю и противоположны по знаку ($A = -A'$), то закон принимает вид:
$Q = ΔU + A$
Словесно эта формулировка звучит так: количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.

Формулировка 2:
Невозможно создать вечный двигатель первого рода (лат. perpetuum mobile), то есть периодически действующее устройство, которое совершало бы работу без получения энергии извне.
Эта формулировка является прямым следствием первой. Если бы система не получала теплоту ($Q=0$), то для совершения работы ($A > 0$) ей пришлось бы расходовать свою внутреннюю энергию ($A = -ΔU$). Однако в циклическом процессе система возвращается в свое первоначальное состояние, и полное изменение внутренней энергии равно нулю ($ΔU_{цикл} = 0$). Следовательно, и работа за цикл была бы равна нулю ($A_{цикл} = 0$), что и доказывает невозможность вечного двигателя первого рода.

Ответ: 1. Количество теплоты ($Q$), подведенное к системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии ($ΔU$) и на совершение системой работы ($A$) против внешних сил: $Q = ΔU + A$. 2. Невозможно создание вечного двигателя первого рода — устройства, совершающего работу без потребления энергии.

2. Чему равно изменение внутренней энергии при изохорном процессе?

Изохорным процессом называется термодинамический процесс, который происходит при постоянном объеме системы ($V = \text{const}$).
Для анализа этого процесса воспользуемся первым законом термодинамики в форме:
$Q = ΔU + A$
где $Q$ — количество теплоты, переданное системе, $ΔU$ — изменение внутренней энергии системы, $A$ — работа, совершаемая системой.
Работа, совершаемая газом (или любой другой термодинамической системой), определяется изменением его объема. В общем случае работа при изменении объема от $V_1$ до $V_2$ вычисляется как $A = \int_{V_1}^{V_2} p \, dV$.
Поскольку в изохорном процессе объем не меняется, его изменение равно нулю:
$ΔV = 0$
Соответственно, работа, совершаемая системой, также равна нулю:
$A = 0$
Подставим значение работы $A=0$ в уравнение первого закона термодинамики:
$Q = ΔU + 0$
Из этого следует, что:
$ΔU = Q$
Таким образом, при изохорном процессе все количество теплоты, сообщенное системе, идет на увеличение ее внутренней энергии. Если же система отдает теплоту ($Q < 0$), то ее внутренняя энергия уменьшается на ту же величину.

Ответ: При изохорном процессе изменение внутренней энергии системы равно количеству теплоты, переданному системе ($ΔU = Q$), так как работа системой не совершается.