Номер 27, страница 44, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава II. Тепловые явления. Параграф 4. Внутренняя энергия. Количество теплоты. Виды теплопередачи - номер 27, страница 44.

Условие.

27. Расскажите о внутренней энергии тела. По каким признакам можно судить о её изменении?

Решение.

Расскажите о внутренней энергии тела.

Внутренняя энергия тела ($\text{U}$) — это сумма кинетической энергии хаотического (теплового) движения всех частиц (атомов, молекул, ионов), из которых состоит тело, и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом. Важно отметить, что в понятие внутренней энергии не входят кинетическая энергия движения тела как единого целого и его потенциальная энергия в поле внешних сил (например, в поле тяготения).

Внутренняя энергия является функцией состояния термодинамической системы, то есть она однозначно определяется её макроскопическими параметрами, такими как температура ($\text{T}$), объём ($\text{V}$) и давление ($\text{p}$). Для идеального газа, например, внутренняя энергия зависит только от температуры и рассчитывается по формуле: $U = \frac{i}{2}\nu R T$, где $\nu$ — количество вещества (в молях), $\text{R}$ — универсальная газовая постоянная, а $\text{i}$ — число степеней свободы молекул газа (например, для одноатомного газа $i=3$, для двухатомного $i=5$). Внутренняя энергия измеряется в джоулях (Дж) в системе СИ.

По каким признакам можно судить о её изменении?

Непосредственно измерить внутреннюю энергию тела невозможно, однако об её изменении ($\Delta U$) можно судить по ряду косвенных, макроскопических признаков. Изменить внутреннюю энергию можно двумя способами: путём совершения работы и путём теплопередачи. Это описывается первым законом термодинамики: $\Delta U = Q + A'$, где $\text{Q}$ — количество теплоты, переданное системе, а $A'$ — работа, совершённая над системой.

Основными признаками изменения внутренней энергии являются:

Изменение температуры. Повышение температуры тела практически всегда свидетельствует об увеличении его внутренней энергии (увеличивается кинетическая энергия частиц). Понижение температуры, соответственно, говорит об уменьшении внутренней энергии. Например, нагревая металлический брусок, мы увеличиваем его внутреннюю энергию.

Изменение агрегатного состояния. В процессах плавления, кипения, сублимации внутренняя энергия вещества увеличивается, хотя его температура остается постоянной. Эта энергия расходуется на разрушение связей между частицами (увеличение их потенциальной энергии). Так, внутренняя энергия воды при $0^\circ\text{C}$ больше, чем у льда той же массы при той же температуре. При обратных процессах (кристаллизация, конденсация) внутренняя энергия уменьшается.

Деформация тела и совершение работы. Если над телом совершается работа (например, при сжатии газа, трении, неупругом ударе), его внутренняя энергия увеличивается, что часто проявляется в нагреве. Если же само тело совершает работу (например, газ расширяется, толкая поршень), его внутренняя энергия уменьшается, что приводит к охлаждению (при отсутствии теплообмена).

Химические и ядерные реакции. В ходе таких реакций происходит преобразование одних веществ в другие, что сопровождается изменением внутренней энергии системы за счёт изменения энергии связей между частицами. В экзотермических реакциях (горение) внутренняя энергия уменьшается, выделяясь в виде тепла. В эндотермических реакциях — увеличивается за счёт поглощения энергии извне.

Ответ: Внутренняя энергия тела представляет собой сумму кинетической энергии теплового движения его частиц и потенциальной энергии их взаимодействия. Судить об изменении внутренней энергии можно по таким макроскопическим проявлениям, как изменение температуры тела, изменение его агрегатного состояния (плавление, кипение и т.д.), а также по факту совершения работы над телом или самим телом и по протеканию в нём химических или ядерных реакций.