1. На изображении 1 представлены различные варианты термодинамических процессов, где стрелками показано, куда

Сверкающий_Пегас

59

при температуре -57 градусов Цельсия. Каков КПД тепловой машины, если холодильник отдает 1500 Дж тепла? 4. Вопросы: а) Что такое внутренняя энергия газа? б) Что такое работа при сжатии или расширении газа? в) Что такое теплота? г) Что такое КПД тепловой машины?

Ответ:
1.а) Для составления уравнения, отражающего изменение внутренней энергии газа, необходимо использовать первое начало термодинамики. По определению, внутренняя энергия газа зависит от количества тепла, полученного или отданного газом, и работы, произведенной газом или над ним. Уравнение можно записать следующим образом:

\(\Delta U = Q - W\)

где
\(\Delta U\) - изменение внутренней энергии газа,
\(Q\) - количество полученного (положительное значение) или отданного (отрицательное значение) газом тепла,
\(W\) - работа, выполненная системой или над газом.

В данном случае, для каждого варианта термодинамического процесса, необходимо указать соответствующие значения величин \(Q\) и \(W\) и подставить их в уравнение.

1.б)

Для этого варианта, газ получает тепло \(Q = 500\) Дж и выполняет работу \(W = 200\) Дж.

Тогда изменение внутренней энергии газа будет:

\(\Delta U = Q - W = 500 - 200 = 300\) Дж

Таким образом, изменение внутренней энергии газа составляет 300 Дж.

1.в)

В данном варианте, газ получает тепло \(Q = 400\) Дж и не выполняет работу (\(W = 0\) Дж).

Тогда изменение внутренней энергии газа будет:

\(\Delta U = Q - W = 400 - 0 = 400\) Дж

Таким образом, изменение внутренней энергии газа составляет 400 Дж.

1.г)

Здесь газ отдает тепло \(Q = -700\) Дж и выполняет работу \(W = -100\) Дж.

Тогда изменение внутренней энергии газа будет:

\(\Delta U = Q - W = -700 - (-100) = -700 + 100 = -600\) Дж

Таким образом, изменение внутренней энергии газа составляет -600 Дж.

2.
а) Работа, совершенная над газом, определяется как отрицательная величина, т.к. по определению работа положительна, если газ сжимается, и отрицательна, если газ расширяется. В данном случае работа совершена в объеме 500 Дж, значит работа, совершенная над газом, равна \(-500\) Дж.

с) Для определения, произошло ли нагревание или охлаждение газа, необходимо сравнить количество полученного тепла с работой, совершенной над газом. В данном случае, газ получил 900 Дж теплоты и совершил работу в объеме 500 Дж. Таким образом, работа превышает количество полученного тепла, что означает, что газ совершил работу за счет своей внутренней энергии. Следовательно, газ охладился.

3.
КПД тепловой машины определяется как отношение полезной работы, совершенной машиной, к количеству полученной теплоты:

\(\text{КПД} = \frac{\text{полезная работа}}{\text{полученная теплота}} = \frac{W}{Q}\)

В данном случае, холодильник отдает 1500 Дж тепла, но не указана величина полезной работы. Если полезная работа равна нулю (т.е. холодильник не совершает работу), то КПД тепловой машины будет равен 0.

4.
а) Внутренняя энергия газа - это сумма кинетической энергии молекул газа (от их движения) и энергии их взаимодействия (от их взаимодействия друг с другом и со стенками сосуда, в котором находится газ). Внутренняя энергия газа зависит от его температуры и количества молекул.

б) Работа при сжатии или расширении газа - это энергия, переносимая или передаваемая газом в результате сжатия или расширения. При сжатии газа, работа положительна, а при расширении - отрицательна.

в) Теплота - это форма энергии, которая передается между телами или системами в результате разности их температур. Теплота может передаваться посредством теплопроводности, теплопередачи или теплового излучения.

г) КПД тепловой машины - это отношение полезной работы, совершенной тепловой машиной (например, двигателем), к количеству полученной теплоты. КПД показывает, какая часть полученной теплоты была использована для совершения работы, а какая часть была потеряна в виде неполезной работы или тепла. КПД всегда имеет значение от 0 до 1 или в процентах от 0 до 100%. Чем выше КПД, тем эффективнее работает тепловая машина.