Уроки 24–25 · 2 урока · П. Хабибуллаев, А. Бойдедаев, А. Бахромов, К. Суяров, Ж. Усаров, М. Юлдашева. Физика, 9 класс, переработанное и дополненное 3-е издание. Творческий дом издательства-типографии имени Гафура Гуляма, Ташкент, 2019
24
Решение задач
Учебник: с. 70–71
ЦельПрименять первый закон термодинамики к задачам об изопроцессах.
Новые слова
знаки Q, ΔU и A · Q, ΔU va A ishoralariодноатомный газ · bir atomli gazизобарная теплота · izobarik issiqlikфункция состояния · holat funksiyasi
Объяснение
В задачах сначала определите процесс и приспособьте к нему Q = ΔU + A. Изохорный: A = 0, Q = ΔU = (3/2)νRΔT. Изотермический: ΔU = 0, Q = A. Адиабатный: Q = 0, ΔU = –A. Для одноатомного газа при изобарном процессе: A = pΔV = νRΔT, ΔU = (3/2)pΔV, Q = (5/2)pΔV, поэтому A = 0,4Q и ΔU = 0,6Q. Знаки: Q > 0, если газ получает теплоту, Q < 0, если отдаёт; A > 0, когда газ расширяется, A < 0, когда сжимается; ΔU > 0, когда газ нагревается. Изменение внутренней энергии зависит только от начального и конечного состояний, а не от пути, а Q и A от пути зависят. Используйте единицы СИ и проверяйте знак результата.
Примеры
Одноатомный газ изобарно расширяется на 0,02 м³ при 100 кПа: A = pΔV = 2000 Дж; ΔU = 1,5·2000 = 3000 Дж; Q = ΔU + A = 5000 Дж.
2 моль одноатомного газа в стальном цилиндре нагревают на 30 K (изохорно): A = 0, Q = ΔU = 1,5·2·8,31·30 ≈ 748 Дж.
Работа в классе
Таблица «Q, ΔU, A»: начертите на доске 4 строки (изотермический, изобарный, изохорный, адиабатный) и три столбца; группы заполняют каждую клетку знаками «+», «–» или «0» для расширения и нагревания. Затем проверьте вместе с другой группой.
Упражнения
1
Одноатомный газ совершает работу 600 Дж при изобарном расширении. Сколько джоулей теплоты Q было подведено?
1500
2
4 моль одноатомного газа в герметичном сосуде охлаждают на 50 K. Примерно сколько теплоты отдаёт газ?
Q = ΔU = (3/2)νRΔT = 1,5·4·8,31·(–50) ≈ –2,5 кДж, то есть он отдаёт около 2,5 кДж.
3
Газ изотермически сжимают: A = –300 Дж. Чему равно Q и в каком направлении?
Q = –300 Дж: газ отдаёт окружающей среде 300 Дж теплоты.
4
Когда воздух выходит из шины, вентиль становится холодным. Почему?
Воздух быстро (адиабатно) расширяется, совершая работу за счёт внутренней энергии, поэтому температура падает.