Номер 2, страница 36, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 1. Строение и свойства вещества. Тепловые явления. Параграф 8. Способы изменения внутренней энергии. Повторим изученное - номер 2, страница 36.

Условие.

• Что такое внутренняя энергия тела?

Решение.

Что такое внутренняя энергия тела?

Внутренняя энергия макроскопического тела (обозначается как $\text{U}$ или $\text{E}$) — это фундаментальное понятие в термодинамике и молекулярной физике, которое представляет собой полную энергию системы за вычетом кинетической энергии движения системы как целого и потенциальной энергии системы во внешних полях. Иными словами, это сумма кинетической энергии хаотического (теплового) движения всех его микрочастиц (молекул, атомов, ионов) и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

Внутренняя энергия состоит из двух основных слагаемых:

1. Суммарная кинетическая энергия частиц ($E_к$). Это энергия, связанная с беспорядочным движением частиц, из которых состоит тело. Частицы могут совершать поступательное, вращательное и колебательное движения. Средняя кинетическая энергия теплового движения частиц напрямую пропорциональна абсолютной температуре тела ($\text{T}$). С ростом температуры скорость движения частиц увеличивается, и, следовательно, растет их кинетическая энергия.

2. Суммарная потенциальная энергия взаимодействия частиц ($E_п$). Это энергия, обусловленная силами притяжения и отталкивания между частицами вещества (межмолекулярными силами). Она зависит от среднего расстояния между частицами, а значит, от объема тела и его агрегатного состояния (газ, жидкость, твердое тело). Например, при испарении жидкости потенциальная энергия взаимодействия молекул увеличивается, так как совершается работа против сил межмолекулярного притяжения для увеличения расстояния между ними.

Таким образом, полная внутренняя энергия тела является суммой этих двух компонентов:
$U = E_к + E_п$

Для модели идеального газа, в которой по определению пренебрегают взаимодействием между молекулами, потенциальная энергия считается равной нулю ($E_п = 0$). В этом случае внутренняя энергия идеального газа равна сумме кинетических энергий его молекул и зависит только от температуры. Для одноатомного идеального газа она вычисляется по формуле:
$U = \frac{3}{2} \frac{m}{M} R T$
где $\text{m}$ — масса газа, $\text{M}$ — его молярная масса, $\text{R}$ — универсальная газовая постоянная, а $\text{T}$ — абсолютная температура.

Внутренняя энергия является функцией состояния системы, то есть она однозначно определяется макроскопическими параметрами (температурой, давлением, объемом) и не зависит от способа, которым система пришла в это состояние. Изменить внутреннюю энергию тела можно двумя способами:
1. Теплопередача (Q): передача энергии от более нагретого тела к менее нагретому без совершения работы.
2. Совершение работы (A): например, при сжатии газа над ним совершается работа, и его внутренняя энергия увеличивается.
Этот принцип выражается в первом законе термодинамики: $\Delta U = Q + A$, где $\Delta U$ — изменение внутренней энергии, $\text{Q}$ — количество теплоты, переданное системе, а $\text{A}$ — работа, совершенная над системой.

Ответ: Внутренняя энергия тела — это сумма кинетической энергии хаотического (теплового) движения всех частиц (молекул, атомов), из которых состоит тело, и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом. Она является функцией состояния системы (зависит от температуры и объема) и не включает кинетическую и потенциальную энергию тела как единого целого.