Внутренняя… — Задание Физика 8 Класс №00049100

Обе части задачи про одно: не верь первому впечатлению. Горячее не значит «больше энергии», а меньше воздуха не значит, что дело только в количестве.

Пункт а). Снег тает от теплоты, которую он получает, а не от самих градусов. Вода отдаёт теплоту, пока остывает, и эта теплота зависит и от массы воды, и от того, на сколько градусов она остынет:

$$Q=cm\Delta t$$

В условии чисел нет, поэтому прикинем на обычных значениях. Пусть ведро — это $10$ кг воды при $40\text{ }{}^\circ\text{С}$, а стакан — $0{,}2$ кг кипятка при $100\text{ }{}^\circ\text{С}$. Снег берём при $0\text{ }{}^\circ\text{С}$, вода остывает до этой температуры, а удельная теплоёмкость воды $4200$ Дж/(кг·°С).

Считаем теплоту от ведра:

$$Q_1=4200\cdot 10\cdot 40=1\,680\,000\text{ Дж}$$

Считаем теплоту от стакана:

$$Q_2=4200\cdot 0{,}2\cdot 100=84\,000\text{ Дж}$$

Ведро отдаёт в $20$ раз больше теплоты, поэтому снега от него растает намного больше.

Пункт б). Смотрим только на тот воздух, который остаётся в баллоне. Число его молекул не меняется, зато он расширяется и занимает весь баллон: давит на уходящий воздух и выталкивает его к насосу. Значит, оставшийся воздух совершает работу.

Берёт он энергию на эту работу из своего запаса, то есть из внутренней энергии. Молекулы начинают двигаться медленнее, и воздух охлаждается. Поэтому внутренняя энергия оставшейся части уменьшается. Стенки баллона понемногу подогревают воздух, но вернуть всё сразу не успевают.

Проверим себя: в пункте а) ведро сравнялось бы со стаканом, только если бы вода остывала всего на $2\text{ }{}^\circ\text{С}$, ведь $4200\cdot 10\cdot 2=84\,000$ Дж. Такую воду тёплой не назовёшь. В пункте б) всё сходится с тем, что воздух из открытого баллона с сжатым газом выходит холодным, а сам баллон заметно остывает.