I zasada termodynamiki opisuje bilans energii układu. W typowym ujęciu dla układu zamkniętego zmiana energii wewnętrznej ΔU zależy od wymiany ciepła oraz pracy, ale kluczowe jest przyjęcie konwencji znaków (czy dodatnia jest praca wykonana nad układem, czy przez układ).
W tym zadaniu podany jest warunek: energia wewnętrzna ciała nie zmienia się, czyli ΔU = 0. To nie oznacza, że nie zachodzi wymiana energii, tylko że suma efektów (ciepło i praca) wzajemnie się równoważy. Dlatego poprawne jest stwierdzenie: "praca wykonana nad ciałem równa się ciepłu oddanemu przez ciało do otoczenia" – wskazuje ono, że jeśli wykonujesz pracę nad układem, to aby ΔU pozostało równe zero, układ musi "pozbyć się" energii w postaci ciepła do otoczenia.
Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne?
- "praca wykonana nad ciałem równa się zero" – z ΔU = 0 nie wynika automatycznie brak pracy. Układ może wykonywać pracę lub praca może być nad nim wykonywana, o ile równocześnie występuje odpowiednia wymiana ciepła.
- "praca wykonana przez ciało jest większa od ciepła mu dostarczanego" – przy ΔU = 0 nie ma "nadwyżki" jednego składnika nad drugim; w dobrze zamkniętym bilansie wartości muszą się równoważyć (zależnie od znaków). Taka odpowiedź sugeruje dodatnią zmianę energii lub niespójny bilans.
- "praca wykonana przez ciało równa się zero" – analogicznie, ΔU = 0 nie wymusza zera pracy wykonywanej przez układ. Przykładowo układ może oddawać ciepło i jednocześnie wykonywać pracę, zachowując stałą energię wewnętrzną w danym przedziale czasu.
W praktyce egzaminacyjnej warto przed wyborem odpowiedzi wykonać szybki test: skoro ΔU = 0, to to, co "wchodzi" do bilansu, musi "wyjść" w innej postaci. Jeżeli w odpowiedzi pojawia się bezwarunkowe "równa się zero", to zwykle jest to pułapka myląca stałość energii z brakiem przepływu energii.
