Номер 1.4, страница 4 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 1. Внутренняя энергия - номер 1.4, страница 4.

Условие.

1.4. По каким признакам можно узнать, что внутренняя энергия тела изменилась?

Решение.

Внутренняя энергия тела представляет собой сумму кинетической энергии хаотического (теплового) движения всех микрочастиц системы (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом. Поскольку напрямую измерить эту величину невозможно, о её изменении судят по изменению макроскопических параметров тела, которые служат косвенными признаками.

Изменение температуры

Это самый очевидный и часто наблюдаемый признак. Если тело не меняет своего агрегатного состояния и химического состава, его внутренняя энергия напрямую связана с температурой. Нагревание тела, то есть повышение его температуры, свидетельствует об увеличении средней кинетической энергии его частиц, а следовательно, и об увеличении внутренней энергии. И наоборот, охлаждение тела (понижение температуры) говорит об уменьшении его внутренней энергии. Для идеального газа эта связь выражается формулой $U = \frac{i}{2}\nu RT$, где $\text{T}$ — абсолютная температура.

Изменение агрегатного состояния вещества

Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое (например, плавление, кипение, кристаллизация) всегда сопровождается изменением внутренней энергии, даже если температура процесса остается постоянной. Это связано с тем, что при фазовом переходе изменяется взаимное расположение частиц и, как следствие, потенциальная энергия их взаимодействия. Например, при таянии льда при температуре 0°C его внутренняя энергия увеличивается, так как подводимая к нему энергия расходуется на разрушение кристаллической решетки. В процессах кристаллизации или конденсации, наоборот, энергия выделяется, и внутренняя энергия вещества уменьшается.

Совершение работы

Согласно первому началу термодинамики, внутреннюю энергию можно изменить путем совершения работы. Если над телом совершается работа (например, при сжатии газа, трении или пластической деформации), его внутренняя энергия увеличивается, что часто проявляется в виде нагрева. Если же тело само совершает работу против внешних сил (например, газ расширяется, толкая поршень), его внутренняя энергия уменьшается, что приводит к охлаждению.

Химические и ядерные реакции

В ходе химических или ядерных реакций происходит перестройка структуры вещества (изменяются связи между атомами или строение атомных ядер). Это приводит к изменению суммарной потенциальной энергии взаимодействия частиц, что проявляется как выделение (экзотермические реакции) или поглощение (эндотермические реакции) энергии и, соответственно, как изменение внутренней энергии системы.

Ответ: Об изменении внутренней энергии тела можно судить по следующим признакам: изменение его температуры, изменение агрегатного состояния (плавление, кипение, кристаллизация и т.д.), совершение работы над телом или самим телом (что может проявляться в изменении объема, деформации, нагреве при трении), а также протекание в нем химических или ядерных реакций.