|
Опыт «туман в бутыли». Для него нам потребуются бутыль, пробка, шланг и насос (см. рисунок). Прежде чем вставить пробку, в бутыль наливают немного воды и несколько раз встряхивают, чтобы воздух внутри стал влажным. Удерживая пробку рукой, накачивают воздух. Когда нам становится трудно удерживать пробку, накачивание прекращают и ожидают 5–10 минут, чтобы воздух в бутыли охладился до комнатной температуры (так как при совершении над ним работы он нагрелся). При отпускании пробки она вылетает, и в бутыли образуется туман!
Разделим объяснение результатов этого опыта на три этапа.
1-й этап. Накачивая воздух, мы совершаем над ним работу. По аналогии с опытом «воздушное огниво», запишем первый закон термодинамики так: ΔU = 0 + A. Поскольку А – положительная величина, значит, и ΔU положительна. То есть внутренняя энергия воздуха изменяется в большую сторону – возрастает.
2-й этап. Давая воздуху охладиться, работу не совершали: A = 0. Следовательно, первый закон термодинамики запишется: ΔU = –Q + 0. Знак «минус» означает, что воздух не получал теплоту, а отдавал её. Поскольку величина –Q является отрицательной, значит, и равная ей величина ΔU тоже отрицательна. Следовательно, внутренняя энергия воздуха изменяется в меньшую сторону – уменьшается.
3-й этап. Пробку отпускают, и она выталкивается струёй воздуха. Всё происходит быстро, поэтому теплообмен не успевает произойти: Q = 0. Кроме того, работа совершается не над воздухом, а им самим, следовательно, первый закон термодинамики запишется: ΔU = –A. Поскольку величина –A является отрицательной, то и величина ΔU отрицательна. Значит, внутренняя энергия воздуха опять убывает. Он охлаждается, и в бутыли появляется туман.
- Почему в опыте «туман в бутыли» пробку удерживают и отпускают не сразу?
- Для первого этапа формулу ΔU = 0 + A мы записали ...
- Величина ΔU больше нуля, так как ...
- Для второго этапа запись A = 0 означает, что ...
- Перед Q стоит минус, поскольку в этом опыте ...
- Величина ΔU меньше нуля, так как:
- Отрицательность значения ΔU означает, что ...
- В записи ΔU = 0 – A знак минус означает, что ...
- Величина ΔU снова отрицательна, так как ...
- Убывание внутренней энергии воздуха приводит к тому, что ...
| |