ГДЗ по физике, 10 класс, Касьянов, номер 49.1: Внутренняя энергия

Первый закон термодинамики является частным случаем закона сохранения энергии применительно к тепловым процессам. Он связывает три величины: количество теплоты Q, полученное системой, изменение её внутренней энергии ΔU и работу A, которую совершает система над внешними телами.

Математическая запись этого закона выглядит так:

Здесь важно понимать знаки: если система получает тепло (Q>0), то эта энергия не исчезает бесследно, а распределяется между двумя возможными направлениями расхода.

Исходя из уравнения выше, подведённое к системе количество теплоты расходуется на два процесса одновременно или последовательно:

• Изменение внутренней энергии системы (ΔU). Внутренняя энергия зависит от температуры и агрегатного состояния вещества. Если температура тела повышается, его внутренняя энергия увеличивается. Если происходит фазовый переход (например, плавление или испарение) при постоянной температуре, энергия также идёт на изменение внутренней энергии (разрушение связей между молекулами).
• Совершение работы (A). Система может расширяться, толкая поршень или стенки сосуда. В этом случае часть полученной тепловой энергии преобразуется в механическую работу против внешних сил.

Таким образом, теплота — это способ передачи энергии, которая затем либо запасается внутри системы, либо передается наружу в виде работы.

Проверим логику на примере идеального газа в цилиндре с подвижным поршнем. Мы нагреваем газ (подводим Q). Газ начинает расширяться, двигая поршень вверх (совершает работу A). При этом температура газа может расти, падать или оставаться неизменной (в зависимости от условий расширения), что соответствует изменению внутренней энергии ΔU. Сумма этих двух эффектов всегда равна подведенному теплу.

Ответ на вопрос задачи формулируется строго согласно закону сохранения энергии.