Номер 38.23, страница 143 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 38. Внутренняя энергия. Глава 6. Тепловые явления - номер 38.23, страница 143.

38.23 [931] В одном сосуде находится разреженный газ, в другом таком же сосуде — сжатый газ. В каком сосуде потенциальная энергия взаимодействия молекул больше и почему?

Решение

Потенциальная энергия взаимодействия молекул ($E_p$) зависит от расстояния ($r$) между ними. По соглашению, когда молекулы находятся очень далеко друг от друга ($r \to \infty$), их потенциальная энергия взаимодействия принимается равной нулю.

В газах средние расстояния между молекулами достаточно велики, и между ними преобладают силы межмолекулярного притяжения. Работа сил притяжения при сближении молекул отрицательна, поэтому потенциальная энергия их взаимодействия в газе является отрицательной величиной ($E_p < 0$). Чем ближе молекулы друг к другу, тем сильнее силы притяжения (до определенного предела) и тем более отрицательным становится значение их потенциальной энергии.

В сосуде с разреженным газом молекулы находятся на больших средних расстояниях. Силы взаимодействия между ними слабы, и потенциальная энергия $E_{p, разр}$ является небольшой по модулю отрицательной величиной, то есть она близка к нулю.

В сосуде со сжатым газом плотность газа выше, а значит, среднее расстояние между молекулами меньше. Силы притяжения становятся более существенными, и потенциальная энергия взаимодействия $E_{p, сжат}$ становится более отрицательной, то есть ее модуль увеличивается.

Таким образом, мы сравниваем два отрицательных числа: $E_{p, разр}$ и $E_{p, сжат}$, где $|E_{p, сжат}| > |E_{p, разр}|$. Любое отрицательное число с меньшим модулем является математически большим (например, $-2 > -10$). Следовательно, потенциальная энергия в разреженном газе больше, чем в сжатом: $E_{p, разр} > E_{p, сжат}$.

Ответ: Потенциальная энергия взаимодействия молекул больше в сосуде с разреженным газом. Это объясняется тем, что потенциальная энергия взаимодействия молекул газа отрицательна. В разреженном газе молекулы находятся дальше друг от друга, их взаимодействие слабее, и потенциальная энергия ближе к нулю (является менее отрицательной), чем в сжатом газе, где молекулы сближены, а их взаимодействие сильнее.