Номер 38.6, страница 141 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 38. Внутренняя энергия. Глава 6. Тепловые явления - номер 38.6, страница 141.

38.6 [915] Закрытую пробирку погрузили в горячую воду. Изменилась ли кинетическая и потенциальная энергия молекул воздуха в пробирке? Если изменилась, то как?

Когда закрытую пробирку с воздухом погружают в горячую воду, происходит теплопередача от воды к стенкам пробирки, а затем к воздуху внутри. В результате температура воздуха в пробирке повышается. Проанализируем, как это влияет на кинетическую и потенциальную энергию его молекул.

Изменение кинетической энергии

Внутренняя энергия любого тела состоит из кинетической энергии движения его частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия. Температура является мерой средней кинетической энергии хаотического движения этих частиц. Чем выше температура тела, тем больше средняя скорость движения его молекул, и, следовательно, тем больше их средняя кинетическая энергия.

Поскольку воздух в пробирке нагревается от горячей воды, его температура возрастает. Увеличение температуры напрямую означает увеличение средней кинетической энергии молекул воздуха. Молекулы начинают двигаться быстрее и сталкиваться друг с другом и со стенками пробирки чаще и с большей силой.

Ответ: кинетическая энергия молекул воздуха в пробирке увеличилась, так как возросла температура воздуха.

Изменение потенциальной энергии

Потенциальная энергия взаимодействия молекул зависит от среднего расстояния между ними. Силы межмолекулярного взаимодействия (притяжения и отталкивания) определяют эту энергию.

В условиях данной задачи воздух находится в закрытой пробирке, что означает, что его объем постоянен ($V = const$). Количество воздуха (число молекул) также не меняется. Следовательно, среднее расстояние между молекулами воздуха остается неизменным. Поскольку потенциальная энергия взаимодействия зависит именно от этого расстояния, она также не претерпевает существенных изменений. В модели идеального газа, которая хорошо описывает поведение воздуха при таких условиях, потенциальной энергией взаимодействия молекул и вовсе пренебрегают, считая ее равной нулю.

Ответ: потенциальная энергия молекул воздуха в пробирке практически не изменилась, так как объем пробирки, а значит и среднее расстояние между молекулами, остались постоянными.