Номер 38.11, страница 142 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 38. Внутренняя энергия. Глава 6. Тепловые явления - номер 38.11, страница 142.

38.11 [920] В сосуде нагрели воду. Можно ли сказать, что внутренняя энергия воды увеличилась? Можно ли сказать, что воде передано некоторое количество теплоты? Ответы поясните.

Можно ли сказать, что внутренняя энергия воды увеличилась?

Да, можно. Внутренняя энергия тела ($U$) — это сумма кинетической энергии хаотического теплового движения составляющих его частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия. Нагревание воды означает повышение её температуры. Температура же является макроскопической величиной, характеризующей среднюю кинетическую энергию частиц вещества. Таким образом, при повышении температуры воды увеличивается скорость движения её молекул, что ведёт к увеличению их кинетической энергии, а следовательно, и к увеличению внутренней энергии всей воды.

Ответ: да, внутренняя энергия воды увеличилась, так как нагревание приводит к росту температуры, а температура является мерой средней кинетической энергии молекул.

Можно ли сказать, что воде передано некоторое количество теплоты?

Не обязательно. Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы ($\Delta U$) может происходить двумя способами: за счёт совершения работы над системой ($A'$) или за счёт теплообмена с окружающей средой ($Q$). Формула выглядит так: $\Delta U = Q + A'$.

Как мы установили, внутренняя энергия воды увеличилась, то есть $\Delta U > 0$. Это могло произойти в результате одного из процессов или их комбинации:

1. Теплопередача: вода получила энергию от более нагретого тела (например, от конфорки плиты). В этом случае воде было передано некоторое количество теплоты ($Q > 0$).
2. Совершение работы: внутреннюю энергию воды можно увеличить, совершая над ней механическую работу (например, интенсивно перемешивая её). В этом случае работа внешних сил положительна ($A' > 0$), и температура воды повысится даже без теплообмена с окружающей средой ($Q = 0$).

Термин «нагрели» описывает результат (повышение температуры), но не уточняет способ, которым это было достигнуто. Поэтому, основываясь только на условии задачи, мы можем быть уверены лишь в увеличении внутренней энергии, но не можем однозначно утверждать, что имел место именно процесс теплопередачи.

Ответ: нет, однозначно утверждать это нельзя. Увеличить внутреннюю энергию воды (т.е. нагреть её) можно не только путем передачи теплоты, но и путем совершения над ней работы.