Номер 656, страница 85 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

30. Изменение внутренней энергии тел в процессе теплопередачи. Глава VI. Основы термодинамики. Молекулярная физика и термодинамика - номер 656, страница 85.

Условие.

656. Сравнить внутренние энергии свинца массой 600 г в твёрдом и жидком состояниях при температуре плавления.

Решение 1.

Решение 2.

Решение 3.

Решение 4.

Дано:

Масса свинца, $m = 600 \text{ г}$
Удельная теплота плавления свинца (табличное значение), $\lambda = 2,5 \cdot 10^4 \text{ Дж/кг}$

Перевод в систему СИ:

$m = 600 \text{ г} = 0,6 \text{ кг}$

Найти:

Сравнить внутренние энергии свинца в твердом ($U_{тв}$) и жидком ($U_{жидк}$) состояниях при температуре плавления.

Решение:

Внутренняя энергия тела складывается из кинетической энергии хаотического движения его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.

Согласно условию задачи, и твердый, и жидкий свинец находятся при одной и той же температуре — температуре плавления. Поскольку температура является мерой средней кинетической энергии молекул, то кинетические части внутренних энергий твердого и жидкого свинца одинаковы.

Процесс плавления — это переход вещества из твердого состояния в жидкое. Для того чтобы расплавить твердое тело, уже нагретое до температуры плавления, к нему необходимо подвести определенное количество теплоты $Q$. Эта энергия расходуется на разрушение кристаллической решетки, то есть на увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул.

Следовательно, внутренняя энергия жидкого свинца при температуре плавления будет больше внутренней энергии твердого свинца той же массы при той же температуре на величину, равную количеству теплоты, необходимому для его плавления.

Это количество теплоты ($Q$) можно рассчитать по формуле:

$Q = \lambda \cdot m$

где $\lambda$ — удельная теплота плавления свинца, $m$ — его масса.

Подставим числовые значения:

$Q = 2,5 \cdot 10^4 \frac{Дж}{кг} \cdot 0,6 \text{ кг} = 1,5 \cdot 10^4 \text{ Дж} = 15 \text{ кДж}$

Таким образом, разница во внутренних энергиях составляет $\Delta U = U_{жидк} - U_{тв} = Q = 15 \text{ кДж}$.

Ответ: внутренняя энергия 600 г жидкого свинца при температуре плавления на 15 кДж больше внутренней энергии такого же количества твердого свинца при той же температуре.