Глава 13. § 79. Внутренняя энергия — с. 264
§ 79. Вопрос 1. Приведите примеры превращения механической энергии во внутреннюю и обратно в технике и быту.
Механическая энергия во внутреннюю: трение (нагревание рук, торможение автомобиля, пила при распиливании), удар молотка по гвоздю, неупругий удар, сжатие воздуха в насосе при накачивании шины, метеор в атмосфере. Внутренняя энергия в механическую: в двигателе внутреннего сгорания расширяющиеся горячие газы толкают поршень, в паровой и газовой турбине пар или газ вращает лопатки, при выстреле пороховые газы разгоняют снаряд, пар поднимает крышку закипающего чайника.
§ 79. Вопрос 2. От каких физических величин зависит внутренняя энергия тела?
Внутренняя энергия равна сумме кинетической энергии теплового движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. Поэтому она зависит от температуры T (определяет кинетическую энергию), от объёма V (определяет среднее расстояние между молекулами и потенциальную энергию) и от количества вещества (массы, числа молекул). У идеального газа потенциальной энергией взаимодействия пренебрегают, и его внутренняя энергия зависит только от температуры и количества вещества. Механическая энергия тела как целого во внутреннюю не входит.
§ 79. Вопрос 3. Чему равна внутренняя энергия идеального одноатомного газа?
Внутренняя энергия идеального одноатомного газа равна суммарной кинетической энергии беспорядочного поступательного движения его атомов: U = (3/2)·(m/M)·RT = (3/2)νRT, где m — масса газа, M — молярная масса, ν — количество вещества, R = 8,31 Дж/(моль·К), T — абсолютная температура. Она прямо пропорциональна температуре и не зависит от объёма. Для изменения: ΔU = (3/2)·(m/M)·R(T₂ − T₁).
§ 79. Образец заданий ЕГЭ, задание 1. Внутренняя энергия идеального газа в герметично закрытом сосуде уменьшается при
1) его охлаждении
2) его нагревании
3) уменьшении потенциальной энергии сосуда
4) уменьшении кинетической энергии сосуда
1) его охлаждении
2) его нагревании
3) уменьшении потенциальной энергии сосуда
4) уменьшении кинетической энергии сосуда
Внутренняя энергия идеального газа равна U = (3/2)(m/M)RT и определяется только температурой при постоянной массе газа (сосуд закрыт). Она уменьшается при понижении температуры, то есть при охлаждении газа. Механическая энергия сосуда (потенциальная, кинетическая) во внутреннюю энергию газа не входит.
Ответ: 1) его охлаждении.
Ответ: 1) его охлаждении.
§ 79. Образец заданий ЕГЭ, задание 2. В каком тепловом процессе внутренняя энергия идеального газа постоянной массы НЕ изменяется при переходе его из одного состояния в другое?
1) в изобарном
2) в изохорном
3) в адиабатном
4) в изотермическом
1) в изобарном
2) в изохорном
3) в адиабатном
4) в изотермическом
Внутренняя энергия идеального газа постоянной массы зависит только от температуры. Она не изменяется, если температура постоянна, то есть в изотермическом процессе. В изобарном и изохорном процессах температура изменяется, в адиабатном изменяется за счёт совершённой работы.
Ответ: 4) в изотермическом.
Ответ: 4) в изотермическом.
§ 79. Образец заданий ЕГЭ, задание 3. Как изменяется внутренняя энергия одноатомного идеального газа при повышении его абсолютной температуры в 2 раза?
1) увеличивается в 4 раза
2) увеличивается в 2 раза
3) уменьшается в 2 раза
4) уменьшается в 4 раза
1) увеличивается в 4 раза
2) увеличивается в 2 раза
3) уменьшается в 2 раза
4) уменьшается в 4 раза
Для одноатомного идеального газа U = (3/2)νRT, то есть U прямо пропорциональна абсолютной температуре. При увеличении T в 2 раза U тоже увеличивается в 2 раза: U₂/U₁ = T₂/T₁ = 2.
Ответ: 2) увеличивается в 2 раза.
Ответ: 2) увеличивается в 2 раза.