Задание № 667

Кусок свинца можно нагреть разными способами: ударяя по нему молотком, помещая его в пламя горелки или в горячую воду. Можно ли утверждать, что во всех этих случаях кусок свинца получил некоторое количество теплоты,
увеличилась его внутренняя энергия?

Ответ

При помещении куска свинца в пламя горелки и в горячую воду произошла теплопередача, кусок получил некоторое количество теплоты. Температура куска увеличилась, соответственно увеличилась внутренняя энергия.
При ударе молотком, была совершена работа над куском свинца, внутренняя энергия также увеличилась.
Таким образом, можно утверждать, что во всех этих случаях кусок свинца получил некоторое количество теплоты, увеличилась его внутренняя энергия.

Задание № 668

Объясните причину изменения внутренней энергии:
а) при нагревании воды в кастрюле;
б) при сжатии и расширении воздуха;
в) при таянии льда;
г) при сжатии и растяжении резины;
д) при откачивании воздуха из баллона.

Ответ

а) При нагревании воды в кастрюле увеличивается скорость ее молекул, значит увеличивается кинетическая энергия молекул воды, следовательно, внутренняя энергия.

б) При сжатии и расширении воздуха число молекул в нем остается прежним, а его объем изменяется, следовательно, расстояние между молекулами воздуха также изменяется, значит, изменяется потенциальная энергия взаимодействия молекул.

в) При таянии льда увеличивается кинетическая энергия молекул воды вследствие теплопередачи, соответственно, изменяется внутренняя энергия.

г) Изменяется потенциальная энергия резины за счет совершенной при этом механической работы.

д) При откачивании воздуха число молекул в баллоне уменьшается, следовательно, среднее расстояние между молекулами увеличивается, потенциальная энергия взаимодействия молекул газа уменьшается. Значит уменьшается внутренняя энергия газа в баллоне.

Задание № 669

Происходит ли изменение внутренней энергии следующих тел:
а) тормозных колодок при трении об обод колеса;
б) детали при нагревании её в термической печи;
в) метеорита при вхождении в толстые слои атмосферы?
Можно ли сказать, что эти тела получили количество теплоты?

Ответ

а) При трении тормозных колодок об обод колеса совершается работа сил трения, температура увеличивается, значит и внутрення энергия тормозных колодок увеличивается.

б) При нагревании детали в термической печи происходит теплопередача от печи к детали, деталь нагревается, внутренняя энергия детали увеличивается.

в) При вхождении в толстые слои атмосферы Земли между метеоритом и воздухом возникает сила трения, увеличивается их внутренняя энергия в результате работы силы трения, и, соответственно, увеличивается температура.

Так как внутренняя энергия во всех случаях увеличилась, можно сказать, что эти тела получили количество теплоты.

Задание № 670

Мука из−под жерновов выходит горячей, хлеб из печи вынимают тоже горячим. Сравните причины повышения температуры этих тел.

Ответ

Мука из−под жерновов выходит горячей вследствие проделанной механической работы.
Хлеб из печи вынимают горячим вследствие теплопередачи.

Задание № 671

а) Почему можно обжечь руки при быстром скольжении вниз по шесту или канату?
б) Почему, когда человеку холодно, он начинает непроизвольно дрожать?

Ответ

а) При быстром скольжении вниз по шесту или канату сила трения совершает работу. При совершении работы над телом его внутренняя энергия увеличивается. При увеличении внутренней энергии происходит нагрев тела, то есть внутренняя энергия ладоней увеличилась и следовательно, увеличилась их температура.

б) Мелкие непроизвольные сокращения мышц на холоде вызывают дрожь – таким образом организм увеличивает образование тепла, так как при работе мышц часть энергии превращается в тепло.

Задание № 672

Какой из газов − сжатый или разреженный − одинаковой массы обладает большей внутренней энергией? Почему?

Ответ

В сосуде со сжатым газом расстояние между молекулами газа меньше, чем в таком же сосуде с разреженным газом. Значит молекулы газа в нем в среднем взаимодействуют чаще, следовательно, потенциальная энергия взаимодействия молекул в сосуде со сжатым газом больше. Сжатый газ обладает большей внутренней энергией.

Задание № 673

Одинаковая ли энергия потребуется для нагревания газа до одной и той же температуры: когда он находится в цилиндре с легкоподвижным поршнем; когда поршень закреплён?

Ответ

В случае, когда поршень закреплен, внешняя энергия пойдет только на увеличение внутренней энергии газа. Когда поршень подвижен, внешняя энергия пойдет на увеличение внутренней энергии газа и на совершение работы на поднятие поршня, соответственно для нагревания газа до той же температура потребуется больше внешней энергии.

Задание № 674

Сначала ударили молотком по куску стали, затем так же ударили молотком по куску свинца. Какому металлу при этом было передано больше энергии? Кинетическую энергию молотка в момент удара считать в обоих случаях одинаковой.

Ответ

Свинцу было передано больше энергии, т.к. по закону сохранения энергии кинетическая энергия удара перешла в тепловую и кинетическую энергию. От свинца молоток отскочил на меньшую высоту, значит кинетическая энергия отскока меньше, значит тепловая энергия, переданная свинцу, больше.

Задание № 675

Почему при вбивании гвоздя в стену его шляпка незначительно нагревается, а когда гвоздь вбит, то достаточно нескольких ударов, чтобы сильно нагреть шляпку?

Ответ

При вбивании гвоздя в стену его шляпка нагревается незначительно, поскольку энергия удара расходуется на преодоление сил трения при перемещении гвоздя в стене. Когда гвоздь уже вбит, при ударах его шляпка нагревается сильнее, так как энергия удара расходуется на увеличение внутренней энергии гвоздя.

Задание № 676

При передаче газу количества теплоты, равного 40 кДж, газ совершил работу, равную 10 кДж. Чему равно изменение внутренней энергии этого газа?

Решение

Дано:
Q = 40 кДж;
$A_{газа}$ = 10 кДж.
Найти:
ΔU − ?
СИ:
Q = 40000 Дж;
А = 10000 Дж.
Решение:
Количество теплоты, сообщенное газу, расходуется на изменение его внутренней энергии и совершение газом работы против внешних сил.
Q = ΔU + A;
ΔU = Q − A;
ΔU = 40000 − 10000 = 30000 Дж = 30 кДж.
Ответ: 30 кДж.

Задание № 677

Рассчитайте работу, совершённую газом, если полное изменение его внутренней энергии равно 100 кДж, а количество теплоты, переданное газу, равно 400 кДж.

Решение

Дано:
ΔU = 100 кДж;
Q = 400 кДж;
Найти:
A − ?
СИ:
ΔU = 100000 Дж;
Q = 400000 Дж;
Решение:
Количество теплоты, сообщенное газу, расходуется на изменение его внутренней энергии и совершение газом работы против внешних сил.
Q = ΔU + A;
A = Q − ΔU;
А = 400000 − 100000 = 300000 Дж = 300 кДж.
Ответ: 300 кДж.