1. Сформулируйте закон сохранения механической энергии.
Закон сохранения механической энергии гласит: в замкнутой системе, где действуют только консервативные силы (например, сила тяжести или сила упругости), сумма кинетической и потенциальной энергии остаётся постоянной. Это означает, что механическая энергия не исчезает, а может переходить из одной формы в другую (кинетическая — в потенциальную и наоборот), но её величина остаётся неизменной.
2. Что называют полной энергией системы тел?
Полной энергией системы тел называют сумму всех видов энергии, которые характеризуют данную систему: это может включать кинетическую энергию движения тел, потенциальную энергию взаимодействия, а также внутреннюю энергию, которая зависит от температуры и состояния вещества.
3. Какую систему называют изолированной?
Изолированной системой называют такую систему, которая не обменивается энергией и веществом с окружающей средой. В такой системе закон сохранения энергии применяется наиболее очевидно, так как внешние силы на неё не действуют.
4. В чём состоит закон сохранения энергии применительно к тепловым процессам?
Закон сохранения энергии для тепловых процессов заключается в том, что теплота, полученная телом или системой, может либо накапливаться в форме внутренней энергии, либо расходоваться на совершение работы. Этот принцип отражён в первом начале термодинамики, согласно которому изменение внутренней энергии системы равно сумме работы и переданной ей теплоты.
1. Газ, находящийся в цилиндре под поршнем, сжимают. Подумайте, положительную или отрицательную работу совершает при этом сила, действующая на поршень со стороны газа.
Когда газ в цилиндре сжимается под поршнем, сила со стороны газа совершает отрицательную работу, потому что направление силы газа (вверх) противоположно направлению перемещения поршня (вниз). В то время как внешняя сила, действующая на поршень, совершает положительную работу, сжимая газ.
2*. Как вы думаете, будет ли количество теплоты, необходимое для нагревания до определённой температуры газа, находящегося в цилиндре под поршнем, зависеть от того, закреплён поршень или нет?
Да, количество теплоты, необходимое для нагревания газа, зависит от того, закреплён поршень или нет. Если поршень закреплён (процесс идёт при постоянном объёме), всё тепло пойдёт на повышение внутренней энергии газа. Если поршень свободен (процесс идёт при постоянном давлении), часть тепла будет расходоваться на совершение работы поршнем. Соответственно, в последнем случае потребуется больше теплоты для достижения той же температуры.
УПРАЖНЕНИЕ 11
1. Два тела массой 1 кг каждое движутся навстречу друг другу с одинаковыми скоростями 2 м/с, сталкиваются и останавливаются. На сколько изменилась внутренняя энергия системы тел?
Масса каждого тела: 1 кг Скорость каждого тела: 2 м/с Кинетическая энергия каждого тела: K.E. = 1/2 * m * v^2 = 1/2 * 1 * (2^2) = 2 Дж Общая начальная кинетическая энергия: E = 2 + 2 = 4 Дж После столкновения тела останавливаются, поэтому их кинетическая энергия равна 0. Изменение внутренней энергии: ΔU = U_конечная - U_начальная = 0 - 4 = -4 Дж
2. Некоторому газу передали количество теплоты 200 Дж. Предоставленный сам себе, при расширении он совершил работу 250 Дж. Определите, как и на сколько изменилась внутренняя энергия газа.
3. Какое количество теплоты отдал газ окружающей среде, если над ним совершили работу 2 кДж? Внутренняя энергия газа при этом увеличилась на 1 кДж.
Работа, совершенная над газом: W = 2000 Дж Увеличение внутренней энергии: ΔU = 1000 Дж По первому закону термодинамики: Q = ΔU + W Подставляем значения: Q = 1000 + 2000 = 3000 Дж
4. Тело получило количество теплоты 12 Дж. Какую работу оно совершило, если внутренняя энергия тела уменьшилась на 20 Дж?
Количество теплоты, полученное телом: Q = 12 Дж Уменьшение внутренней энергии: ΔU = -20 Дж По первому закону термодинамики: W = Q - ΔU Подставляем значения: W = 12 - (-20) = 12 + 20 = 32 Дж