Номер 7, страница 330 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 9. Агрегатные состояния вещества. Фазовые переходы. Параграф 59. Испарение и конденсация - номер 7, страница 330.

Условие.

7. Как изменяются составляющие части внутренней энергии системы «жидкость — пар» при конденсации?

Решение.

Внутренняя энергия $U$ термодинамической системы, какой является система «жидкость — пар», складывается из двух основных составляющих: кинетической энергии $E_k$ хаотического теплового движения ее частиц (молекул) и потенциальной энергии $E_p$ их взаимного притяжения и отталкивания.

Рассмотрим, как изменяются эти составляющие в процессе конденсации.

Конденсация — это фазовый переход вещества из газообразного состояния (пар) в жидкое. Важной особенностью этого процесса является то, что он протекает при постоянной температуре (температуре насыщения), пока весь пар не перейдет в жидкость.

1. Кинетическая энергия ($E_k$). Кинетическая энергия молекул напрямую связана с температурой тела. Поскольку процесс конденсации является изотермическим (происходит при постоянной температуре), средняя скорость движения молекул не изменяется. Следовательно, средняя кинетическая энергия молекул системы остается постоянной.

2. Потенциальная энергия ($E_p$). Потенциальная энергия определяется взаимным расположением молекул и силами взаимодействия между ними. В парообразном состоянии молекулы находятся на значительном расстоянии друг от друга, и силы межмолекулярного притяжения очень малы. Потенциальная энергия взаимодействия молекул в паре велика. При конденсации молекулы сближаются, переходя в жидкое состояние, где расстояние между ними становится сравнимо с их размерами. Силы межмолекулярного притяжения становятся значительными и совершают работу по сближению молекул. В результате этого потенциальная энергия взаимодействия молекул уменьшается. Энергия, которая выделяется в окружающую среду в виде теплоты (теплота конденсации), как раз и является мерой этого уменьшения потенциальной энергии.

Таким образом, при конденсации происходит уменьшение общей внутренней энергии системы исключительно за счет уменьшения потенциальной энергии взаимодействия молекул.

Ответ: В процессе конденсации кинетическая составляющая внутренней энергии системы (энергия теплового движения молекул) не изменяется, так как температура системы остается постоянной. Потенциальная составляющая внутренней энергии (энергия взаимодействия молекул) уменьшается, поскольку расстояние между молекулами сокращается и силы межмолекулярного притяжения совершают работу.