Номер 10.24, страница 34 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 10. Взаимодействие тел. Масса тел. Глава 2. Движение и взаимодействие тел - номер 10.24, страница 34.

10.24 [227] Изменится ли масса воды, когда часть её обратится в лёд или пар?

С точки зрения классической физики, которая изучается в школьном курсе, масса воды при переходе в другое агрегатное состояние (лёд или пар) не изменяется. Давайте разберемся почему.

Превращение воды в лёд (процесс кристаллизации) или в пар (процесс парообразования) является физическим процессом, а не химической реакцией. Это означает, что химический состав вещества остаётся прежним. И жидкая вода, и твёрдый лёд, и газообразный пар состоят из одних и тех же молекул — $H_2O$.

Масса тела — это мера количества вещества в нём. Поскольку в ходе замерзания или испарения в замкнутой системе количество молекул воды не меняется (молекулы не исчезают и не появляются), то и общая масса системы (вода + лёд или вода + пар) остаётся постоянной и равной первоначальной массе воды. Изменяются лишь расстояния между молекулами и характер их движения, что приводит к изменению таких свойств, как объём и плотность, но не масса.

Строго говоря, с точки зрения специальной теории относительности Эйнштейна, масса и энергия взаимосвязаны знаменитой формулой $E=mc^2$. Для того чтобы превратить воду в пар, системе необходимо сообщить энергию (теплоту парообразования). Эта энергия увеличивает внутреннюю энергию системы, а следовательно, и её массу на величину $\Delta m = \Delta E/c^2$. Напротив, при замерзании вода отдаёт энергию (теплоту кристаллизации) в окружающую среду, её внутренняя энергия уменьшается, что приводит к ничтожному уменьшению массы.

Однако это изменение массы настолько мало, что его невозможно измерить на практике. Например, при превращении 1 кг воды в пар масса увеличится всего лишь примерно на $2.5 \cdot 10^{-11}$ кг. Поэтому в рамках классической физики и для всех практических расчётов этим эффектом полностью пренебрегают и считают массу неизменной.

Ответ: Нет, масса воды не изменится. Превращение воды в лёд или пар — это физический процесс изменения агрегатного состояния, при котором количество вещества (и, следовательно, его масса) сохраняется. Теоретическое изменение массы из-за изменения внутренней энергии, согласно теории относительности, является пренебрежимо малым.