Как объяснить, что при откачивании воздуха из баллона внутренняя энергия оставшейся части воздуха уменьшилась?

Когда мы откачиваем воздух из баллона, это сопровождается изменением состояния воздуха внутри баллона, что, в свою очередь, влияет на его внутреннюю энергию. Внутренняя энергия газа зависит от двух основных факторов: кинетической энергии молекул (температуры газа) и потенциальной энергии молекул (взаимодействие между молекулами, хотя в идеальных газах этот фактор можно не учитывать).

Теперь давайте рассмотрим, как эти изменения происходят при откачивании воздуха:

1. Работа газа против внешнего давления: При откачивании воздуха из баллона происходит изменение объема газа, и чтобы "вытолкнуть" молекулы наружу, газ должен совершать работу против внешнего давления. Эта работа забирает часть энергии у молекул, что приводит к снижению внутренней энергии оставшегося газа.

2. Температура и внутренняя энергия: Если процесс откачивания происходит медленно и тепло не поступает извне (изолированно), газ будет совершать работу за счет своей внутренней энергии. Это приведет к снижению температуры оставшегося воздуха. Так как внутренняя энергия газа пропорциональна температуре (для идеального газа внутреннюю энергию можно рассматривать как зависимость от температуры), снижение температуры означает уменьшение внутренней энергии.

3. Уменьшение массы воздуха: При откачивании часть молекул уходит из баллона, и оставшаяся масса воздуха становится меньше. Если откачка сопровождается снижением давления, то для той же массы газа будет характерно более низкое значение температуры (для идеального газа температура пропорциональна давлению при постоянном объеме).

В результате этих факторов внутренняя энергия оставшегося воздуха уменьшается. Процесс откачивания забирает часть энергии на выполнение работы, а снижение температуры напрямую связано с уменьшением внутренней энергии.

Таким образом, можно сказать, что откачивание воздуха из баллона снижает давление и температуру газа, что в итоге приводит к уменьшению его внутренней энергии.