Какова работа внешних сил А*, необходимая для медленного смещения поршня до половины объема одной из частей

Тема урока: Работа внешних сил в теплоизолированном цилиндре

Пояснение: Для решения данной задачи нам потребуется использовать понятие работы и первый закон термодинамики.

В данном случае имеется цилиндр, закрытый с обоих концов и разделенный подвижным теплоизолирующим поршнем на две части. Также известно, что нужно сместить поршень до половины объема одной из частей цилиндра.

Поскольку цилиндр теплоизолирован, то внешние силы будут работать против внутреннего давления газа в цилиндре. Работа внешних сил будет равна изменению внутренней энергии газа.

По первому закону термодинамики изменение внутренней энергии газа равно сумме теплоты, переданной системе, и работы, совершенной над системой.

В данном случае мы хотим сместить поршень медленно, поэтому процесс можно считать квазистатическим. В таком случае работа будет равна произведению внутреннего давления газа на изменение объема.

Применяя формулу для работы внешних сил W = PΔV, где W - работа, P - внутреннее давление газа, ΔV - изменение объема, получаем ответ на задачу.

Демонстрация:

Допустим, внешнее давление газа в цилиндре составляет 2 атмосферы. Изначальный объем одной из частей цилиндра составляет 10 литров, а конечный объем после смещения поршня до половины - 5 литров.

Тогда работа внешних сил будет равна:

W = PΔV = 2 атм * (5 л - 10 л) = -10 атм * л

Совет: Для лучшего понимания данной темы рекомендуется ознакомиться с понятиями работы, первого закона термодинамики и квазистатического процесса в термодинамике. Также важно осознать, что работа внешних сил противодействует внутреннему давлению газа и изменению объема системы.

Задание для закрепления: Какова работа внешних сил, если внутреннее давление газа составляет 3 атмосферы, а объем цилиндра уменьшается с 10 литров до 2 литров?