Номер 1.24, страница 6 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 1. Внутренняя энергия - номер 1.24, страница 6.

Условие.

1.24. Внимательно посмотрите на рис. 3. Как изменялась внутренняя энергия содержимого сосуда? По каким признакам можно судить о ее изменении?

Рис. 3

Решение.

Как изменялась внутренняя энергия содержимого сосуда?

На рисунках изображен процесс, состоящий из двух последовательных этапов: плавление твердого вещества (льда) и последующее нагревание образовавшейся жидкости (воды). Внутренняя энергия тела представляет собой сумму кинетической энергии хаотического движения его частиц и потенциальной энергии их взаимодействия.

1. Переход от состояния 'а' к состоянию 'б': На этом этапе происходит плавление льда при постоянной температуре, равной $0 °\text{C}$ (что видно по показаниям термометра). Во время плавления вещество поглощает теплоту из окружающей среды. Эта энергия расходуется не на увеличение скорости движения молекул (кинетической энергии), а на разрушение кристаллической решетки, то есть на увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул. Поскольку внутренняя энергия является суммой кинетической и потенциальной энергий, а потенциальная энергия растет, то внутренняя энергия содержимого сосуда увеличивается.

2. Переход от состояния 'б' к состоянию 'в': На этом этапе весь лед уже растаял. Продолжающийся подвод теплоты приводит к нагреванию воды. Термометр показывает повышение температуры примерно до $20 °\text{C}$. Увеличение температуры означает рост средней кинетической энергии движения молекул воды. Следовательно, внутренняя энергия воды продолжает увеличиваться.

Таким образом, на протяжении всего наблюдаемого процесса внутренняя энергия содержимого сосуда непрерывно увеличивалась.

По каким признакам можно судить о ее изменении?

Об увеличении внутренней энергии в данном опыте можно судить по двум ключевым признакам:

1. Изменение агрегатного состояния вещества. Процесс плавления, то есть переход вещества из твердого состояния в жидкое (наблюдается при переходе от 'а' к 'б'), происходит с поглощением энергии. Этот фазовый переход является прямым признаком увеличения внутренней энергии, даже при том, что температура остается постоянной.

2. Изменение температуры вещества. Повышение показаний термометра после завершения плавления (наблюдается при переходе от 'б' к 'в') указывает на увеличение температуры воды. Изменение температуры тела является явным признаком изменения его внутренней энергии (в данном случае, её кинетической составляющей).

Ответ: Внутренняя энергия содержимого сосуда на протяжении всего процесса увеличивалась. Признаками этого увеличения служат: во-первых, изменение агрегатного состояния — плавление льда (переход от рис. 'а' к 'б'), что свидетельствует об увеличении потенциальной энергии молекул; во-вторых, повышение температуры воды после завершения плавления (переход от рис. 'б' к 'в'), что свидетельствует об увеличении кинетической энергии молекул.