ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер p282.3: Первый закон термодинамики. Изопроцессы

План решения:

Для ответа на вопрос о наиболее выгодном процессе для получения максимальной механической работы при заданном количестве теплоты необходимо обратиться к первому закону термодинамики. Этот закон связывает изменение внутренней энергии системы (ΔU), количество переданной теплоты (Q) и работу, совершаемую системой (A). Формулировка закона: Q=ΔU+A. Отсюда работа равна A=Q-ΔU. Чтобы максимизировать работу A при фиксированном Q, нужно минимизировать изменение внутренней энергии ΔU.

Вычисление и анализ изопроцессов:

Рассмотрим основные изопроцессы идеального газа:

• Изохорный процесс (V=const): Работа не совершается (A=0), вся теплота идет на изменение внутренней энергии (Q=ΔU).
• Изобарный процесс (P=const): Часть теплоты идет на работу, часть — на нагревание (ΔU>0).
• Изотермический процесс (T=const): Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры. Если T=const, то ΔU=0. Согласно первому закону термодинамики, в этом случае Q=A. Вся подведенная теплота превращается в механическую работу.
• Адиабатный процесс (Q=0): Здесь нет подвода теплоты, поэтому он не подходит под условие задачи «при заданном количестве теплоты» (если Q фиксировано и не равно нулю).

Проверка и вывод:

Сравнивая процессы, видим, что в изохорном процессе работа равна нулю, а в изобарном она меньше количества теплоты за счет роста внутренней энергии. Только в изотермическом процессе изменение внутренней энергии отсутствует (ΔU=0), что позволяет получить работу, численно равную всей подведенной теплоте (A=Q). Следовательно, изотермическое расширение является наиболее выгодным процессом для преобразования теплоты в работу при условии неизменности температуры.