Задание №19 — ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для объяснения изменения температуры газа при его быстром сжатии воспользуемся первым законом термодинамики и молекулярно-кинетической теорией.

1. Адиабатный процесс. При очень быстром сжатии газ не успевает обмениваться теплом с окружающей средой. Такой процесс можно считать адиабатным, то есть количество теплоты, полученное газом, $Q = 0$.

2. Первый закон термодинамики. Согласно этому закону, количество теплоты, переданное системе, расходуется на изменение её внутренней энергии и совершение системой работы против внешних сил: $Q = \Delta U + A$. Так как $Q = 0$, уравнение принимает вид: $0 = \Delta U + A$, или $\Delta U = -A$.

3. Работа внешних сил. При сжатии газа внешние силы совершают над ним положительную работу $A_{вн}$. Работа самого газа $A$ при этом отрицательна ($A = -A_{вн}$). Следовательно, изменение внутренней энергии $\Delta U = A_{вн}$. Так как над газом совершается работа, его внутренняя энергия увеличивается ($\Delta U > 0$).

4. Связь энергии и температуры. Внутренняя энергия идеального газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре ($U \sim T$). Поскольку внутренняя энергия при сжатии увеличивается, температура газа также повышается.

5. Механизм явления. С точки зрения молекулярно-кинетической теории, при движении поршня внутрь сосуда молекулы газа при столкновении с движущимся поршнем приобретают дополнительную кинетическую энергию (аналогично мячу, отскакивающему от летящей навстречу биты). Средняя кинетическая энергия молекул растёт, что и означает рост температуры.

Вывод: При быстром сжатии температура газа повышается.

Ответ: Температура газа повышается.

Источник: ФИПИ