1 Что называют термодинамической системой?
Термодинамической системой называют совокупность макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией между собой и с внешней средой, представляющей собой все остальное, что не входит в систему.
2 Что называют внутренней энергией термодинамической системы?
Внутренняя энергия термодинамической системы – это суммарная энергия всех микрочастиц (молекул, атомов, ионов), входящих в состав системы, включающая в себя кинетическую энергию их хаотического движения и потенциальную энергию взаимодействия этих частиц между собой.
3. В какой системе отсчёта определяют внутреннюю энергию термодинамической системы? Почему?
Внутреннюю энергию термодинамической системы определяют в системе отсчёта, связанной с центром масс системы. Это делается потому, что внутренняя энергия не включает в себя кинетическую энергию движения системы как целого, а учитывает только энергию движения микрочастиц относительно друг друга и центра масс. Если бы использовалась другая система отсчёта, пришлось бы учитывать дополнительную кинетическую энергию движения всей системы, которая не является частью ее внутренней энергии.
4 Зависит ли внутренняя энергия термодинамической системы от взаимодействия частиц системы с другими телами? Ответ поясните примерами.
Внутренняя энергия термодинамической системы не зависит от взаимодействия частиц системы с другими телами, но может изменяться за счет обмена энергией с окружающей средой. Например, нагревание газа в баллоне приведет к увеличению внутренней энергии за счет увеличения кинетической энергии движения его молекул. При этом газ взаимодействует с баллоном, но сама внутренняя энергия газа зависит только от его состояния (температуры, давления, объема), а не от того, как он взаимодействует с баллоном.
Перечислите известные вам способы изменения внутренней энергии.
Изменение внутренней энергии возможно несколькими способами: совершение работы над системой или системой над внешними телами, теплообмен, а также химические реакции, при которых происходит перераспределение энергии связей.
Что называют теплообменом?
Теплообменом называют процесс передачи энергии от одного тела к другому за счёт разности их температур, при этом не происходит совершения работы.
Что называют количеством теплоты?
Количеством теплоты называют энергию, переданную или полученную телом в процессе теплообмена.
Какие виды теплообмена вам известны?
Мне известны три вида теплообмена: теплопроводность, конвекция и излучение.
Сформулируйте: а) первый закон термодинамики; 6) правило знаков; в) закон сохранения энергии.
а) Первый закон термодинамики гласит, что изменение внутренней энергии системы равно сумме работы, совершенной над системой, и количества теплоты, переданного системе: ΔU = Q + A. б) Правило знаков: количество теплоты Q считается положительным, если теплота подводится к системе, и отрицательным, если отводится от системы. Работа A считается положительной, если работа совершается над системой, и отрицательной, если работа совершается системой. в) Закон сохранения энергии гласит, что энергия не возникает из ничего и не исчезает в никуда, она может лишь переходить из одной формы в другую. Суммарная энергия изолированной системы остается постоянной.
Газ, расширяясь, совершил работу 500 Дж. За время совершения газом работы теплообмен не осуществлялся. Определите изменение внутренней энергии газа.
Поскольку теплообмен не осуществлялся, количество теплоты Q равно нулю. Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии ΔU равно сумме работы, совершенной над системой, и количества теплоты, переданного системе: ΔU = Q + A. В данном случае, газ совершил работу, а не над ним была совершена работа, поэтому работа А будет отрицательной. Следовательно, ΔU = 0 - 500 Дж = -500 Дж. Изменение внутренней энергии газа составляет -500 Дж.
Деревянному кубику сообщили количество теплоты, равное 300 Дж. Одновременно над ним совершили работу 400 Дж. Определите изменение внутренней энергии кубика.
В данном случае кубику сообщили количество теплоты Q, равное 300 Дж, что означает, что теплота была передана кубику, поэтому Q положительное. Также над кубиком совершили работу A, равную 400 Дж, что также является положительным значением, так как работа совершена над системой. Изменение внутренней энергии ΔU рассчитывается по первому закону термодинамики: ΔU = Q + A. Подставив значения, получаем: ΔU = 300 Дж + 400 Дж = 700 Дж. Таким образом, изменение внутренней энергии кубика составляет 700 Дж.
При протекании электрического тока по спирали лампы электрические силы совершили работу 100 Дж. При этом за счёт теплопроводности в окружающую среду было передано 80 Дж. Определите энергию, выделившуюся в виде электромагнитного излучения, считая внутреннюю энергию лампы неизменной.
В данном случае внутренняя энергия лампы неизменна, то есть ΔU = 0. Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии ΔU = Q + A, где Q - это количество теплоты, переданное системе, а A - работа, совершенная над системой. В нашем случае, электрические силы совершили работу над системой (над спиралью лампы), поэтому работа A = 100 Дж. При этом лампа передала в окружающую среду 80 Дж за счёт теплопроводности, то есть это количество теплоты Q = -80 Дж (отводится от системы). Однако часть энергии выделяется в виде электромагнитного излучения (света). Энергию электромагнитного излучения обозначим как Qизл. Теперь перепишем закон термодинамики с учетом Qизл: ΔU = Q + A + Qизл. Поскольку ΔU=0, получаем: 0 = -80 Дж + 100 Дж + Qизл. Следовательно, Qизл = -100 Дж + 80 Дж = -20 Дж. Знак минус означает, что энергия электромагнитного излучения выделяется из системы. Таким образом, энергия, выделившаяся в виде электромагнитного излучения, составляет 20 Дж.