Внутренняя энергия, количество теплоты, теплоёмкость
Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий
Версия для печати и копирования в MS Word
При изотермическом увеличении давления одного моля идеального одноатомного газа, его внутренняя энергия
1) увеличивается
2) уменьшается
3) увеличивается или уменьшается в зависимости от исходного объема
4) не изменяется
Как изменяется внутренняя энергия тела при увеличении температуры и сохранении объема?
1) увеличивается
2) уменьшается
3) у газообразных тел увеличивается, у жидких и твердых тел не изменяется
4) у газообразных тел не изменяется, у жидких и твердых тел увеличивается
Внутренняя энергия монеты увеличивается, если ее
1) заставить вращаться
2) заставить двигаться с большей скоростью
3) подбросить вверх
4) подогреть
Внутренняя энергия идеального газа в герметично закрытом сосуде уменьшается при
1) понижении его температуры
2) его изотермическом сжатии
3) уменьшении потенциальной энергии сосуда
4) уменьшении кинетической энергии сосуда
При каком процессе остается неизменной внутренняя энергия 1 моль идеального газа?
1) при изобарном сжатии
2) при изохорном охлаждении
3) при адиабатном расширении
4) при изотермическом расширении
Пройти тестирование по этим заданиям
Я бы не стал задавать такие вопросы. Дело все в том, что определение кинетической части внутренней энергии тела (системы материальных точек) в школьных учебниках (да и в большинстве вузовских) дается крайне расплывчато и не основано на законах физики.
Только у Ландау мне удалось найти вразумительное определение. Оно основано на теореме Кенига. Согласно этой теореме в инерциальной системе отсчета кинетическая энергия системы материальных точек (физического тела) может быть представлена как сумма энергии центра масс, как если бы в нем была сосредоточена вся масса системы, и энергии всех точек в системе отсчета, связанной с центром масс системы. Первую часть Ландау называет внешней, вторую - внутренней. С этой точки зрения энергия вращательного движения твердого тела относительно оси проходящей через центр масс является внутренней.
С этой точки зрения вариант "1) заставить вращаться" тоже является верным.
Добрый день!
Cпасибо за интересный и полный комментарий.
Согласен с Вами, с определением кинетической энергией в школе не все ладно. Но тут ничего не поделаешь. Что касается данной задачи, она мне представляется вполне корректной, а приведенный ответ — осмысленным. Не вижу причин включать энергию вращения тела во внутреннюю энергию. На то она и внутренняя, чтобы не зависеть от макроскопических движений. В качестве подтверждения этого тезиса могу привести ссылку на того же Ландау (том 5, "Статистическая физика, часть 1", § 26, текст около формулы 26.10).
По моему мнению, школьники должны осознавать, что вращение системы как целого не вносит изменения в тепловое движения частиц, а потому не приводит к изменению внутренней энергии.
Если мы под кинетической частью внутренней энергии будем понимать только энергию теплового движения молекул, мы придем к противоречию с первым началом термодинамики.
Возьмем два диска одинаковых размеров и массы. Пусть они вращаются с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях. Один из них вращаясь лежит на гладкой поверхности. Трение между дисками есть.
Если на первый диск положить второй, то за счет трения они остановят свое вращения и нагреются.
Внешние силы работу не совершали, теплообмена с внешними телами не было. Следовательно внутренняя энергия не должна измениться. Вот Вам и парадокс!
Если же энергию вращательного движения дисков считать внутренней, парадокс исчезает, так как внутренняя энергия вращения дисков переходит во внутреннюю тепловую энергию. В целом же внутренняя энергия действительно не меняется.
Речь вообще-то идет о том, что взрослые дяди по этому вопросу могут спорить (обмениваться противоположными мнениями). Стоит ли в этот процесс привлекать школьников на этапе проверки их знаний? В тесте, на мой взгляд, должно быть все логически формализовано. Это сделать необыкновенно трудно.
Поэтому я бы просто исключил эту задачу из КИМов.
Два вращающихся в разные стороны диска, согласно доводам нашего уважаемого Ландау, не являются замкнутой системой, находящейся в термодинамическом равновесии, а потом внутреннюю энергию всей системы так сразу и не определить. Приходится разбивать системы на два куска, два диска, и считать их внутренние энергии по отдельности.
Впрочем, согласен в том, что можно сломать много копий в ходе дискуссии. Может быть, изменить вариант 1) на "опустить в глубокую шахту" и оставить данную ветку сообщений с соотвествующим комментарием как раз для тех, кто любит покопаться в чем-нибудь?
Вполне с Вами согласен.
Представляется, что цитаты Ландау взяты из неподходящего контекста. Что считать внутренней энергией, а что внешней зависит от уровня рассмотрения. Естественное разделение состоит в том, что внутренней энергией обычно занимается термодинамика, а не механика.
В механике, рассматривая вращающийся объект внутри некоторой виртуальной коробки, мы считаем, что коробка вращается, а ее содержимое относительно нее покоится. А тем, что происходит внутри этой "коробки" занимается термодинамика.
Если этого не учитывать, то появится много "парадоксов". Например, рассмотрим поршень, движущийся по трубе, который от трения останаваливается и нагревается. Это точно такой же пример, только вращательного движения нет. И что, кинетическая энергия линейного движения, она тоже внутренняя?
Или еще: энергии могут переходить друг в друга, значит ли это, что вся энергия — это внутренняя энергия?
Добрый день!
Мои цитаты как раз из правильного контекста :) Ландау обсуждает в соотвествующем параграфе именно данный вопрос.
Энергии макродвижений тела не следует включать в понятие внутренней энегрии. Я обеими руками за это утверждение. Если части системы двигаются друг относительно друга, то вся система не находится в состоянии равновесия. Внутренняя энергия, будучи функцией состояния, характеризует только равновесные состояния. Поэтому в данном случае можно говорить только о внутренних энергиях отдельных кусков, а потом пользоваться приближенной аддитивностью внутренний энергии.
Петр, Вы очень правильно пишете про то, что энергия имеет свойство переходить из одного вида в другой, и не стоит смешивать сферы интересов механики и термодинамики. У Вас очень хороший пример про поршень. В этом же ключе: две двигающиеся на встречу друг другу доски, которые останавливаются за счет работы сил трения. При этом энергия поступательного (упорядоченного) движения досок переходит в энергию теплового (хаотического) движения молекул. Мы всегда можем перевести одну энергия в другую, но важно понимать, что понятие "внутренней энергии" неразрывно связана с понятием "хаоса" в движении молекул. Если вновь обратится к школьному определению внутренней энергии, даваемому в 10 классе, мы увидим, что в эту энергию включаются только кинетическая энергия теплового (хаотического) движения частиц и потенциальная энергия их взаимодействия (что и отмечается в решении данной задачи). А потому упорядоченную компоненту движения при определении данной величины необходимо исключать.
Таким образом, мне кажется, что у обычного школьника не должно возникать проблем с ответом на вопрос, изменится ли внутренняя энергия монетки, если ее начать вращать, на что я и указывал в своем первом сообщении. Так что я склонен к тому, чтобы все-таки возвратить исходную версию данной задачи. А данную ветку сообщений сохранить, как интересную и полезную для всех интересующихся.
Служба поддержки предлагает условие не менять. Ветку сохраняем.