Номер 3, страница 249 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 7. Поверхностное натяжение в жидкостях. Параграф 7.3. Поверхностная энергия - номер 3, страница 249.

Условие.

3. Докажите, что поверхностная энергия — это одна из форм внутренней энергии.

Решение.

Внутренняя энергия тела ($\text{U}$) определяется как сумма кинетической энергии хаотического (теплового) движения всех его частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом: $U = E_{кин} + E_{пот}$.

Рассмотрим молекулы в жидкости. Те молекулы, что находятся в глубине объема, со всех сторон окружены другими такими же молекулами. Силы межмолекулярного притяжения, действующие на них, в среднем взаимно скомпенсированы. Молекулы же, находящиеся в поверхностном слое, находятся в иных условиях. Они притягиваются молекулами изнутри жидкости, но со стороны газа (или пара) над поверхностью силы притяжения значительно слабее. В результате на каждую молекулу поверхностного слоя действует равнодействующая сила, направленная вглубь жидкости.

Чтобы переместить молекулу из глубины жидкости на её поверхность, необходимо совершить работу против этой равнодействующей силы. Эта работа преобразуется в увеличение потенциальной энергии молекулы. Таким образом, молекулы в поверхностном слое обладают избыточной потенциальной энергией по сравнению с молекулами в объеме жидкости. Сумма этих избыточных потенциальных энергий всех молекул, образующих поверхностный слой, и представляет собой поверхностную энергию.

Поскольку поверхностная энергия является частью полной потенциальной энергии взаимодействия молекул тела, а полная потенциальная энергия, в свою очередь, является одной из двух составляющих внутренней энергии, то поверхностная энергия — это одна из форм внутренней энергии.

Ответ: Поверхностная энергия представляет собой избыточную потенциальную энергию молекул поверхностного слоя вещества, возникающую из-за нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия. По определению, внутренняя энергия тела — это сумма кинетической энергии теплового движения его частиц и потенциальной энергии их взаимодействия. Следовательно, поверхностная энергия, будучи частью общей потенциальной энергии системы, является составной частью её внутренней энергии.