Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 6484
2018-03-03 
Рассмотрите процесс замерзания воды с точки зрения первого начала термодинамики. Вспомните, что лед обладает большим объемом, чем равное ему по массе количество воды.
Решение:
Выражение первого начала термодинамики имеет вид:
$\Delta Q = \Delta U + \delta A$. (1)
Здесь $\Delta U$ — изменение внутренней энергии системы, $\Delta A$ — работа, совершенная системой ($\Delta A > 0$) или над ней ($\Delta A < 0$), $\Delta Q$ — положительное или отрицательное приращение тепла, т. е. его приток в систему или уход из нее.
Если рассматриваемой системой служит некоторая масса воды, то применительно к процессу фазового перехода (к замерзанию воды) равенство (1) может быть истолковано следующим образом.
При соприкосновении с наружным воздухом, температура которого ниже нуля, а давление, допустим, нормальное, кинетическая энергия молекул воды убывает, почему убывает и часть, внутренней энергии системы ($\Delta U^{ \prime} < 0$). Убывание скорости движения молекул вводит в игру молекулярные силы сцепления, работа которых приводит к кристаллизации, как к наиболее устойчивому состоянию системы. При этом с уменьшением межмолекулярных расстояний потенциальная энергия системы $\Delta U^{ \prime \prime}$, входящая в состав внутренней, также убывает ($\Delta U^{ \prime \prime} < 0$). Итак, в целом внутренняя энергия системы $\Delta U$ здесь убывает:
$\Delta U = \Delta U^{ \prime} + \Delta U^{ \prime \prime} < 0$. (2)
Что касается работы, затрачиваемой на образование кристаллов, то
$\Delta A = p(V_{2} - V_{1}) > 0$, (3)
так как объем образовавшегося льда $V_{2}$ больше соответственного объема воды $V_{1}$. Положительный знак работы приходится относить за счет аномалии плотности воды.
По окончании работы, затраченной на кристаллизацию, в правой части равенства (1) остается только $\Delta U < 0$, и потому в итоге процесс замерзания приводит к выделению теплоты из системы ($\Delta Q < 0$).
Рассмотрите процесс замерзания воды с точки зрения первого начала термодинамики. Вспомните, что лед обладает большим объемом, чем равное ему по массе количество воды.
Решение:
Выражение первого начала термодинамики имеет вид:
$\Delta Q = \Delta U + \delta A$. (1)
Здесь $\Delta U$ — изменение внутренней энергии системы, $\Delta A$ — работа, совершенная системой ($\Delta A > 0$) или над ней ($\Delta A < 0$), $\Delta Q$ — положительное или отрицательное приращение тепла, т. е. его приток в систему или уход из нее.
Если рассматриваемой системой служит некоторая масса воды, то применительно к процессу фазового перехода (к замерзанию воды) равенство (1) может быть истолковано следующим образом.
При соприкосновении с наружным воздухом, температура которого ниже нуля, а давление, допустим, нормальное, кинетическая энергия молекул воды убывает, почему убывает и часть, внутренней энергии системы ($\Delta U^{ \prime} < 0$). Убывание скорости движения молекул вводит в игру молекулярные силы сцепления, работа которых приводит к кристаллизации, как к наиболее устойчивому состоянию системы. При этом с уменьшением межмолекулярных расстояний потенциальная энергия системы $\Delta U^{ \prime \prime}$, входящая в состав внутренней, также убывает ($\Delta U^{ \prime \prime} < 0$). Итак, в целом внутренняя энергия системы $\Delta U$ здесь убывает:
$\Delta U = \Delta U^{ \prime} + \Delta U^{ \prime \prime} < 0$. (2)
Что касается работы, затрачиваемой на образование кристаллов, то
$\Delta A = p(V_{2} - V_{1}) > 0$, (3)
так как объем образовавшегося льда $V_{2}$ больше соответственного объема воды $V_{1}$. Положительный знак работы приходится относить за счет аномалии плотности воды.
По окончании работы, затраченной на кристаллизацию, в правой части равенства (1) остается только $\Delta U < 0$, и потому в итоге процесс замерзания приводит к выделению теплоты из системы ($\Delta Q < 0$).
