Задача: В каких видах энергия передаётся от одного тела к другому?
Варианты ответов:
- Только в виде теплоты
- В виде теплоты и работы
- В виде теплоты и эксергии
- Только в виде работы
- В виде работы и эксергии
Решение:
В термодинамике энергия может передаваться между телами или системами двумя основными способами:
- Теплота (\(Q\)): Это энергия, передаваемая за счет разности температур между телами. Теплота передается от более горячего тела к более холодному. Этот процесс происходит без совершения макроскопической работы.
- Работа (\(W\)): Это энергия, передаваемая за счет действия силы на расстоянии. Работа связана с упорядоченным движением частиц или изменением объема системы. Примеры работы включают механическую работу (расширение газа, поднятие груза), электрическую работу, химическую работу и т.д.
Первый закон термодинамики, который является законом сохранения энергии, выражает это следующим образом:
\[\Delta U = Q + W\]где \(\Delta U\) – изменение внутренней энергии системы, \(Q\) – теплота, переданная системе, и \(W\) – работа, совершенная над системой (или системой, в зависимости от принятой конвенции знаков).
Эксергия, в отличие от теплоты и работы, не является формой передачи энергии. Эксергия – это мера качества энергии, то есть максимальная полезная работа, которую можно получить от системы при её взаимодействии с окружающей средой. Эксергия – это свойство системы или потока энергии, а не способ передачи энергии.
Таким образом, фундаментальными способами передачи энергии между телами являются теплота и работа.
Рассмотрим варианты ответов:
- a. Только в виде теплоты. Неверно, так как энергия может передаваться и в виде работы.
- b. В виде теплоты и работы. Это правильный ответ, так как теплота и работа являются основными формами передачи энергии в термодинамике.
- c. В виде теплоты и эксергии. Неверно, так как эксергия не является формой передачи энергии.
- d. Только в виде работы. Неверно, так как энергия может передаваться и в виде теплоты.
- e. В виде работы и эксергии. Неверно, так как эксергия не является формой передачи энергии.
Правильный ответ: b. В виде теплоты и работы.