Зміни внутрішньої енергії при виконанні роботи.

Причина зміни температури газу в процесі його стискання полягає в наступному: при пружних зіткненнях молекул газу з поршнем, що рухається, змінюється їх середня кінетична енергія (зростає) за рахунок зменшення довжини вільного пробігу між зіткненнями, внутрішня енергія збільшується, а їй відповідає більша температура.

Якщо газ розширяється, то після зіткнення з поршнем, що віддаляється, довжина вільного пробігу зростає, середні швидкості молекул зменшуються, в наслідок чого газ охолоджується.

Розрахунок роботи газу.

Припустимо, поршень діє на газ з силою. Роботу, яку виконує сам газ, коли діє на поршень з силою, можна порахувати наступним чином.

Відповідно до третього закону Ньютона . З визначення тиску газу, де S – площа поверхні поршня. Хай газ розширюється та поршень зміщується в напрямку силина малу відстань. Для цієї ситуації. (S – путь). Якщо-мале, то р можна вважати сталою.

При розширені газ виконує позитивну роботу, так як напрям сили і напрям зміщення поршня співпадають.

Робота А, яку виконують навколишні тіла над газом, відрізняється знаком:

.

площа

Графічно робота чисельно дорівнює площі під графіком P(V).

Приклади рішення задач

Задача 1. Розрахувати роботу, яку виконує один моль ідеального газу при ізобарному нагріванні на 1К.

Рішення. При ізобарному нагріванні ідеального газу робота . Згідно

 = 1 моль Т = 1 К	умов задачі не задані значення тиску р газу та зміни його об’єму , виразимо ці величини через відому змінутемператури
А - ?	газу. Для цього скористуємось рівнянням стану ідеального газу:

; =>.

Звідси для роботи газу при ізобарному нагріванні будемо мати

Відповідь: робота газу А = 8,3 Дж.

Таким чином, ми довели, що молярна газова стала R дорівнює роботі, яку виконує один моль ідеального газу при ізобарному нагріванні на 1К.

Задача 2. Температура аргону, маса якого 20 г, підвищилась на 10 К. Чому дорівнює зміна його внутрішньої енергії?

Рішення. Зміна внутрішньої енергії газу визначається кінцевим та початковим

m = 20 г = =0,02 кг Т = 10 К	станом: U = U2-U1. Внутрішня енергія визначається температурою та. Тоді зміна енергії
U - ?	.

Обчислимо результат: .

Відповідь: внутрішня енергія підвищилась на 62,329 Дж.

Контрольні питання

1. В наслідок якого принципу Р.Майер висловив ідею закону збереження та перетворення енергії?

2. Яку сучасну інтерпретацію має цей принцип?

3. Внутрішня енергія макроскопічного тіла.

4. Потенційна енергія взаємодії молекул ідеального газу.

5. Внутрішня енергія ідеального одноатомного газу.

6. Як внутрішня енергія залежить від температури, маси, малярної маси?

7. Як змінюється внутрішня енергія при збільшені маси однієї молекули?

8. Внутрішня енергія реальних газів.

9. Робота в механіці та термодинаміці.

10. Чому при розширенні газу його температура зменшується?

11. Робота газу.

12. Який знак має робота газу при стисканні?

13. Що таке кількість теплоти?

Якісні задачі.

1. Які існують способи зміни внутрішньої енергії тіла?

2. Як відбувається обмін внутрішньою енергією між тілами при теплопередачі?

3. Під час роботи інструментів верстатів (різець, свердло, фреза) сильно нагріваються. Чому?

4. Що має більшу енергію: кусок льоду при 0⁰С чи добута з нього вода також при 0⁰С?

5. Кусочок свинцю в 1 г можна розплавити, спалюючи сірник. Чому не вдається розплавити сірником 100 г свинцю?

6. Чи до однакової температури можна нагріти 2- і 5-копієчну монети, коли спалити один сірник?

7. Чи можна виміряти термометром температуру тіла невеликої маси, наприклад краплини води?

8. Чому вода є найкращою рідиною:

а) для водяного опалення будинків;

б) для охолодження двигунів автомобілів і тракторів;

в) для охолодження нагрітих металевих деталей;

г) для медичних грілок;

д) для гасіння пожежі?

9. Чому паяльники виготовлюють з чорної міді, а не використовують для цього заліза?

10. Чи можна за зовнішнім виглядом відрізнити у ванній кімнаті трубу з гарячою і з холодною водою?

11. Чому сирі дрова шиплять, тріщать і горять гірше, ніж сухі?