Номер 42.23, страница 161 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 42. Испарение и конденсация. Кипение. Глава 6. Тепловые явления - номер 42.23, страница 161.

42.23 [1114] Что обладает большей внутренней энергией: вода при температуре 100 °С или её пар той же массы при той же температуре?

Решение

Внутренняя энергия ($U$) любого вещества состоит из кинетической энергии движения его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.

$U = E_{кин} + E_{пот}$

Температура является мерой средней кинетической энергии молекул. Поскольку вода и пар в задаче имеют одинаковую температуру ($100 \text{ °C}$), средние кинетические энергии их молекул равны.

Однако агрегатные состояния у них разные. Чтобы превратить жидкую воду при $100 \text{ °C}$ в пар при той же температуре, необходимо затратить энергию. Эта энергия называется теплотой парообразования и идет на разрыв межмолекулярных связей в жидкости и на увеличение расстояния между молекулами. При этом потенциальная энергия взаимодействия молекул значительно возрастает, так как в газе молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга по сравнению с жидкостью.

Количество теплоты, которое необходимо передать воде массой $m$ для её полного превращения в пар, равно $Q = L \cdot m$, где $L$ — удельная теплота парообразования воды. Эта подведенная энергия увеличивает внутреннюю энергию системы.

Таким образом, при одинаковой кинетической энергии молекул, потенциальная энергия молекул пара значительно выше, чем у молекул воды. Следовательно, внутренняя энергия пара будет больше, чем внутренняя энергия воды той же массы и при той же температуре.

Ответ: большей внутренней энергией обладает пар при температуре $100 \text{ °C}$.