Номер 1, страница 108 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

1. Что такое внутренняя энергия? От каких параметров она зависит?

1. Что такое внутренняя энергия? От каких параметров она зависит?

Внутренняя энергия макроскопического тела (обозначается как $U$) — это фундаментальное понятие в термодинамике, представляющее собой полную энергию этого тела за вычетом кинетической энергии его движения как целого и потенциальной энергии его положения во внешних полях (например, гравитационном или электрическом).

Иными словами, внутренняя энергия складывается из:
- суммарной кинетической энергии хаотического (теплового) движения всех частиц тела (молекул, атомов, ионов), которая напрямую связана с температурой тела;
- суммарной потенциальной энергии взаимодействия всех частиц тела друг с другом, которая зависит от расстояния между частицами, а следовательно, от объема тела.
В термодинамике обычно не учитывают изменение внутриатомной и внутриядерной энергии, так как они остаются постоянными в рассматриваемых процессах.

Внутренняя энергия является функцией состояния системы. Это означает, что для каждого состояния системы (определяемого набором макроскопических параметров) существует единственное, вполне определенное значение внутренней энергии. Зависимость внутренней энергии от параметров состояния различается для разных моделей вещества.

Для идеального газа:
В модели идеального газа пренебрегают потенциальной энергией взаимодействия между молекулами (считают ее равной нулю). Поэтому внутренняя энергия идеального газа равна сумме кинетических энергий движения его молекул. Так как средняя кинетическая энергия молекул зависит только от абсолютной температуры, то и внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры ($T$) и количества вещества ($\nu$). Она не зависит от объема или давления. Для одноатомного идеального газа внутренняя энергия вычисляется по формуле: $U = \frac{3}{2} \nu R T$, где $R$ — универсальная газовая постоянная.

Для реальных газов, жидкостей и твердых тел:
В этих состояниях вещества расстояние между частицами мало, и силами взаимодействия пренебрегать нельзя. Потенциальная энергия взаимодействия вносит существенный вклад во внутреннюю энергию и зависит от среднего расстояния между частицами, то есть от объема ($V$) тела. Кинетическая энергия по-прежнему определяется температурой ($T$). Следовательно, внутренняя энергия реальных газов, жидкостей и твердых тел зависит от двух основных параметров: температуры ($T$) и объема ($V$).

Ответ: Внутренняя энергия — это сумма кинетической энергии хаотического движения частиц, из которых состоит тело, и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом. В общем случае (для реальных газов, жидкостей и твердых тел) внутренняя энергия зависит от температуры и объема. Для частного случая идеального газа, где взаимодействием частиц пренебрегают, внутренняя энергия зависит только от температуры (при неизменном количестве вещества).