Внутренняя энергия системы уменьшается (ΔU < 0), когда система ...

Внутренняя энергия системы (ΔU) уменьшается, когда система совершает работу (A > 0) и отдает теплоту (Q < 0) или только отдает теплоту (Q < 0).

Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы равно сумме работы, совершенной над системой, и количества теплоты, переданного системе:

    \( \Delta U = Q + A \)

Где:

• \( \Delta U \) – изменение внутренней энергии системы
• \( Q \) – количество теплоты, переданное системе (если система получает теплоту, \( Q > 0 \), если отдает – \( Q < 0 \))
• \( A \) – работа, совершенная над системой (если над системой совершают работу, \( A > 0 \), если система сама совершает работу – \( A < 0 \))

Чтобы \( \Delta U < 0 \), необходимо, чтобы сумма \( Q + A \) была отрицательной. Это возможно в следующих случаях:

1. Система отдает теплоту (\( Q < 0 \)) и не совершает работу (\( A = 0 \)). В этом случае \( \Delta U = Q \), и так как \( Q < 0 \), то \( \Delta U < 0 \).
2. Система отдает теплоту (\( Q < 0 \)) и совершает работу (\( A < 0 \)). В этом случае \( \Delta U = Q + A \), и так как оба слагаемых отрицательны, \( \Delta U < 0 \).
3. Система получает теплоту (\( Q > 0 \)) и совершает работу (\( A < 0 \)), но работа, совершенная системой, по модулю больше полученной теплоты. То есть \( |A| > |Q| \), что означает \( Q + A < 0 \).

Рассмотрим предложенные варианты:

• \(\bullet\) получает теплоту и не совершает работу: \( Q > 0, A = 0 \) ⇒ \( \Delta U = Q > 0 \) (энергия увеличивается).
• \(\bullet\) находится в состоянии равновесия: В состоянии равновесия внутренняя энергия может быть постоянной или изменяться, но само по себе состояние равновесия не гарантирует уменьшение \( \Delta U \).
• \(\bullet\) выделяет теплоту в окружающую среду: \( Q < 0 \). Если при этом система не совершает работу \( (A=0) \), то \( \Delta U = Q < 0 \). Если система совершает работу \( (A < 0) \), то \( \Delta U = Q + A < 0 \). Таким образом, выделение теплоты способствует уменьшению внутренней энергии.
• \(\bullet\) имеет максимальную энтропию: Максимальная энтропия связана с состоянием термодинамического равновесия, но не напрямую с уменьшением внутренней энергии.

Наиболее точно условию \( \Delta U < 0 \) соответствует ситуация, когда система выделяет теплоту, так как это непосредственно приводит к уменьшению внутренней энергии, если работа не компенсирует это.

Ответ: выделяет теплоту в окружающую среду