Количество… — Задание Физика 8 Класс №00049247

Считаем, что газ один и тот же, масса и начальная температура одинаковые, различается только поршень. Конечная температура тоже одна, поэтому и внутренняя энергия газа вырастет на одну и ту же величину.

Теперь смотрим, куда идёт теплота.

Случай б). Поршень неподвижен, объём не меняется, газ никуда ничего не толкает. Работы нет. Вся теплота идёт на увеличение внутренней энергии.

Случай а). Нагреваясь, газ расширяется и поднимает поршень. Значит, он совершает работу. Энергию на эту работу он берёт из той же теплоты. Запишем закон сохранения энергии словами:

$$Q=\text{прибавка внутренней энергии}+A.$$

Прибавка внутренней энергии в обоих случаях одинакова, а работа $A$ есть только под подвижным поршнем. Поэтому в случае а) теплоты нужно больше.

Проверим себя числом. Пусть площадь поршня $0{,}01\text{ м}^2$, давление атмосферы $100\,000$ Па, а поршень поднялся на $0{,}05$ м (числа для примера). Сила давления атмосферы, которую он преодолевает:

$$F=pS=100\,000\cdot 0{,}01=1000\text{ Н}.$$

Работа газа:

$$A=Fs=1000\cdot 0{,}05=50\text{ Дж}.$$

Именно эти $50$ Дж теплоты нужны сверх того, что требуется под неподвижным поршнем.