Номер 2, страница 257 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 6. Термодинамика. Параграф 31. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики - номер 2, страница 257.

Условие.

2. Объясните, как изменяется внутренняя энергия твёрдого тела:

а) при нагревании;

б) охлаждении;

в) плавлении.

Решение.

Внутренняя энергия тела ($\text{U}$) — это сумма кинетической энергии хаотического движения составляющих его частиц (атомов, молекул, ионов) и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом: $U = E_{кин} + E_{пот}$. Кинетическая энергия частиц определяет температуру тела, а потенциальная энергия зависит от расстояния между частицами и сил их взаимодействия.

а) при нагревании

При нагревании твёрдому телу сообщается энергия в виде теплоты. Эта энергия увеличивает среднюю кинетическую энергию его частиц. В результате частицы в узлах кристаллической решётки начинают колебаться с большей скоростью и амплитудой. Макроскопическим проявлением этого процесса является повышение температуры тела. Так как кинетическая энергия частиц растёт, внутренняя энергия твёрдого тела при нагревании увеличивается.

Ответ: внутренняя энергия увеличивается.

б) при охлаждении

Охлаждение является процессом, обратным нагреванию. Твёрдое тело отдаёт теплоту окружающей среде, из-за чего средняя кинетическая энергия его частиц уменьшается. Колебания частиц в узлах кристаллической решётки становятся менее интенсивными. Это приводит к понижению температуры тела. Поскольку кинетическая энергия частиц уменьшается, внутренняя энергия твёрдого тела при охлаждении также уменьшается.

Ответ: внутренняя энергия уменьшается.

в) при плавлении

Плавление — это процесс перехода вещества из твёрдого агрегатного состояния в жидкое. Этот процесс происходит при постоянной температуре, называемой температурой плавления. Во время плавления тело поглощает теплоту, но его температура не меняется. Это означает, что средняя кинетическая энергия частиц остаётся постоянной ($E_{кин} = const$). Вся подводимая энергия расходуется на разрушение кристаллической решётки: на преодоление сил притяжения между частицами и увеличение среднего расстояния между ними. В результате этого растёт потенциальная энергия взаимодействия частиц ($E_{пот}$). Так как внутренняя энергия $U = E_{кин} + E_{пот}$, а потенциальная энергия увеличивается при неизменной кинетической, общая внутренняя энергия вещества в процессе плавления возрастает.

Ответ: внутренняя энергия увеличивается.