Номер 1.23, страница 6 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 1. Внутренняя энергия - номер 1.23, страница 6.

Условие.

1.23. Может ли тело обладать внутренней энергией, но не иметь при этом механической энергии?

Решение.

Решение

Да, тело может обладать внутренней энергией, но не иметь при этом механической энергии. Чтобы это понять, необходимо рассмотреть определения этих двух видов энергии.

Внутренняя энергия ($\text{U}$) — это сумма кинетической энергии хаотического (теплового) движения частиц (атомов, молекул), из которых состоит тело, и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом. Любое тело, температура которого выше абсолютного нуля ($T > 0$ К или $-273,15$ °C), обладает внутренней энергией, поскольку его частицы находятся в непрерывном движении.

Механическая энергия ($E_{мех}$) — это сумма кинетической и потенциальной энергии тела как единого целого. $E_{мех} = E_{к} + E_{п}$.

1. Кинетическая энергия ($E_{к} = \frac{1}{2}mv^2$) определяется скоростью ($\text{v}$) движения тела в целом. Если тело покоится в выбранной системе отсчета, его скорость $v=0$, и, следовательно, его кинетическая энергия $E_{к}=0$.

2. Потенциальная энергия ($E_{п}$) зависит от положения тела в поле сил (например, в поле тяготения Земли, $E_{п} = mgh$). Уровень, от которого отсчитывается потенциальная энергия, выбирается произвольно. Можно выбрать систему отсчета таким образом, чтобы тело находилось на нулевом уровне ($h=0$), и тогда его потенциальная энергия будет равна нулю ($E_{п}=0$).

Таким образом, если тело находится в состоянии покоя ($v=0$) на нулевом уровне потенциальной энергии ($h=0$), его полная механическая энергия равна нулю ($E_{мех} = 0 + 0 = 0$). При этом, поскольку его температура выше абсолютного нуля, оно будет обладать внутренней энергией ($U > 0$).

Пример: книга, лежащая на полу. Если мы выберем пол в качестве нулевого уровня для отсчета потенциальной энергии, то ее потенциальная энергия будет равна нулю. Поскольку книга покоится, ее кинетическая энергия также равна нулю. Следовательно, механическая энергия книги равна нулю. Однако книга состоит из молекул, которые находятся в постоянном тепловом движении, поэтому она обладает внутренней энергией.

Ответ: Да, может. Это происходит в случае, когда тело покоится относительно выбранной системы отсчета и находится на условном нулевом уровне потенциальной энергии, но его температура выше абсолютного нуля.