Приведите примеры, подтверждающие, что при расширении газа его температура понижается, а при сжатии — увеличивается. Как при этом изменяется внутренняя энергия газа?

При расширении газа его температура обычно понижается, а при сжатии — повышается. Это объясняется изменением внутренней энергии газа, которая зависит от температуры и связана с движением его молекул.

Примеры, подтверждающие охлаждение газа при расширении:

1. Выход воздуха из автомобильной шины. Если быстро выпустить воздух из шины, он расширяется и охлаждается. Поэтому клапан или окружающий его участок иногда становится холоднее.

2. Работа аэрозольного баллончика. При распылении содержимое баллончика быстро расширяется, вследствие чего баллончик заметно охлаждается.

3. Образование облаков. Поднимающийся вверх воздух попадает в области с меньшим атмосферным давлением, расширяется и охлаждается. При достаточном охлаждении водяной пар конденсируется, образуя облака.

Примеры нагревания газа при сжатии:

1. Насос для накачивания велосипедных шин. При быстром сжатии воздуха поршнем насос нагревается, поскольку газ совершает работу над собой и его температура повышается.

2. Дизельный двигатель. В цилиндре двигателя воздух сильно сжимается поршнем. В результате его температура значительно повышается, и впрыснутое топливо самовоспламеняется.

3. Сжатие воздуха в компрессоре. При работе компрессора воздух сжимается, его температура увеличивается, поэтому компрессоры часто оснащают системами охлаждения.

Как изменяется внутренняя энергия газа?

Внутренняя энергия газа зависит от температуры. Для идеального газа она определяется средней кинетической энергией хаотического движения его молекул.

• При расширении газа и понижении его температуры внутренняя энергия уменьшается.

• При сжатии газа и повышении его температуры внутренняя энергия увеличивается.

Таким образом, при расширении газ обычно охлаждается, а его внутренняя энергия уменьшается; при сжатии газ нагревается, а его внутренняя энергия увеличивается.

Важно: это справедливо, если газ не получает дополнительную энергию в виде теплоты и не отдаёт её окружающей среде. Например, при адиабатическом расширении газ охлаждается, а при адиабатическом сжатии нагревается. При этом изменение внутренней энергии связано с работой, совершаемой газом или над газом.