Номер 3, страница 156 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 5. Законы термодинамики. Параграф 5.4. Закон сохранения энергии. Внутренняя энергия - номер 3, страница 156.

Условие.

3. Поясните молекулярно-кинетический смысл внутренней энергии макроскопического тела. От каких макроскопических параметров зависит внутренняя энергия тела?

Решение.

Поясните молекулярно-кинетический смысл внутренней энергии макроскопического тела.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории, любое макроскопическое тело состоит из огромного числа частиц (атомов, молекул, ионов), которые находятся в непрерывном и хаотическом движении (тепловом движении) и взаимодействуют друг с другом.

Внутренняя энергия макроскопического тела – это сумма кинетической энергии хаотического движения всех его частиц и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

Внутренняя энергия ($\text{U}$) складывается из двух основных компонентов:
1. Суммарная кинетическая энергия ($E_k$) всех частиц тела. Эта энергия связана с их поступательным, вращательным и колебательным движением. Она напрямую зависит от температуры тела: чем выше температура, тем больше средняя кинетическая энергия частиц.
2. Суммарная потенциальная энергия ($E_p$) взаимодействия всех частиц тела друг с другом. Эта энергия определяется силами притяжения и отталкивания между частицами и зависит от среднего расстояния между ними, то есть от объема тела.

Таким образом, внутреннюю энергию можно выразить формулой: $U = E_k + E_p$.

Важно отметить, что во внутреннюю энергию не включают кинетическую энергию движения тела как единого целого и его потенциальную энергию во внешних полях (например, в поле тяготения Земли).

Ответ: Молекулярно-кинетический смысл внутренней энергии заключается в том, что это полная энергия системы, обусловленная движением и взаимодействием составляющих ее частиц (атомов и молекул). Она равна сумме кинетических энергий хаотического движения всех частиц тела и потенциальных энергий их взаимного расположения и взаимодействия.

От каких макроскопических параметров зависит внутренняя энергия тела?

Внутренняя энергия тела является функцией его термодинамического состояния, которое описывается макроскопическими параметрами.

В общем случае внутренняя энергия зависит от двух основных макроскопических параметров:
1. Температура ($\text{T}$): Кинетическая составляющая внутренней энергии напрямую зависит от температуры. С увеличением температуры средняя скорость движения частиц возрастает, а следовательно, растет и их кинетическая энергия.
2. Объем ($\text{V}$): Потенциальная составляющая внутренней энергии зависит от среднего расстояния между частицами. Изменение объема тела приводит к изменению этого расстояния, что, в свою очередь, изменяет силы взаимодействия и потенциальную энергию. Эта зависимость особенно важна для реальных газов, жидкостей и твердых тел.

Особым случаем является идеальный газ. В модели идеального газа пренебрегают взаимодействием между молекулами, поэтому их потенциальная энергия считается равной нулю ($E_p \approx 0$). В этом случае внутренняя энергия идеального газа равна только сумме кинетических энергий его молекул ($U = E_k$) и, следовательно, зависит только от температуры (при фиксированном количестве вещества).

Например, для одного моля одноатомного идеального газа внутренняя энергия равна $U = \frac{3}{2}RT$.

Ответ: В общем случае внутренняя энергия тела зависит от его температуры и объема. Для идеального газа, где взаимодействием частиц пренебрегают, внутренняя энергия зависит только от температуры (и количества вещества).