Как изменяется внутренняя энергия газа при его расширении и сжатии? Приведите примеры.

Внутренняя энергия газа зависит от его температуры и молекулярного состава. При расширении или сжатии газа внутреняя энергия может изменяться в зависимости от типа процесса.

1. При изотермическом расширении (или сжатии) температура газа остаётся постоянной. Поскольку внутренняя энергия газа зависит от температуры (для идеального газа пропорциональна температуре), то в таком процессе изменение внутренней энергии не происходит. Однако, несмотря на отсутствие изменения внутренней энергии, газ совершает работу, и для поддержания температуры нужно подводить или забирать тепло. Примером может служить расширение идеального газа в поршне с компенсацией теплом, подводимым из внешней среды.

2. При адиабатическом расширении (или сжатии) нет теплопередачи с окружающей средой. В этом случае вся работа, совершаемая газом при расширении, происходит за счёт внутренней энергии. При расширении газа его молекулы расходимся, и внутренняя энергия (и, следовательно, температура) газа уменьшается. В случае сжатия газа наоборот: его молекулы сжимаются, и внутренняя энергия увеличивается, что приводит к повышению температуры газа. Примером такого процесса может служить сжатие воздуха в цилиндре двигателя внутреннего сгорания или расширение газа в баллоне.

3. При изобарическом процессе (расширение или сжатие при постоянном давлении) внутренняя энергия изменяется в зависимости от изменения температуры. Когда газ расширяется, его температура падает, что приводит к снижению внутренней энергии. При сжатии температура увеличивается, соответственно, внутренняя энергия также возрастает. Примером может служить работа холодильных установок, где газ в компрессоре сначала сжимается (увеличивается температура и внутренняя энергия), а затем расширяется в конденсаторе.

Таким образом, изменение внутренней энергии зависит от того, происходит ли процесс с изменением температуры, давления или объема, и сопровождается ли он передачей тепла в окружающую среду.